Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение 2
• 1. Концептуальные уровни в познании веществ и химической системы. 3
• 1.1 Состав вещества и химической системы. 5
• 1.2 Структура вещества и химической системы. 7
• 1.3 Химические процессы самоорганизации и эволюция химических систем. 8
• Заключение 11
• Список использованной литературы 13

Введение

Тема моей контрольной работы «Концептуальные уровни в познании веществ и химической системы».

Для рассмотрения данной темы необходимо раскрыть следующие вопросы:

1. Рассмотреть состав вещества и химической системы.

2. Рассмотреть структуру вещества и химической системы.

3. Рассмотреть процессы самоорганизации и эволюции химической системы.

Химию обычно рассматривали как науку о составе и качественном превращении различных веществ. В первое время именно составом реагирующих веществ пытались объяснить свойства полученных новых веществ. Уже на этом этапе ученые встретились с огромными трудностями. Ведь для того, чтобы понять, какие именно первоначальные элементы определяют свойства простых и сложных веществ, надо, во-первых, уметь различать простые и сложные вещества, а во-вторых, определить те элементы, от которых зависят их свойства. В промышленности новые химические вещества дали возможность существенно обогатить производственный потенциал.Горелов А. А. Концепции современного естествознания. - М.: Центр, 1998. - с. 81

Несмотря на обилие эмпирического материала о свойствах различных веществ и их соединений, особенностях протекания разнообразных реакций, в химии, по сути дела, до открытия в 1869 г. периодической системы химических элементов Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834--1907) не существовало той объединяющей концепции, с помощью которой можно было бы объяснить весь накопленный фактический материал, а следовательно, представить все наличное знание как систему теоретической химии.Видяпин В. И. Бакалавр экономики. Хрестоматия в трех частях. - М.: Триада, 2001. - с.52

1. Концептуальные уровни в познании веществ и химической системы

Химия -- это естественная наука, изучающая химические превращения материи и исследующая условия, при которых эти превращения происходят. Химия занимается также физическими явлениями природы, сопровождающими химические изменения материи, изучает причины и законы управления химическими процессами, а также рассматривает составные части материи и их применение на практике.

Отдельные химические процессы (получение металлов из руд, крашение тканей и др.) использовались еще на заре становления человеческой цивилизации. Позже, в III--IV веках, зародилась алхимия, задачей которой было превращение неблагородных металлов в благородные (золото, серебро). Начиная с эпохи Возрождения, химические исследования все в большей мере стали использовать для практических целей (металлургия, стеклоделие, керамика, получение красок и т. д.). Во второй половине XVII века Р. Бойль дал первое научное определение понятия «химический элемент».

Превращение химии в подлинную науку завершилось во второй половине XVIII века, когда был сформулирован закон сохранения массы вещества при химических реакциях (М. В. Ломоносов, А. Л. Лавуазье). В начале XIX века Дж. Дальтон ввел понятие «молекула». Атомно-молекулярные представления утвердились в 60-х годах XIX века. В этот период А. М. Бутлеров создал теорию строения химических соединений, а Д. И. Менделеев открыл периодический закон (периодическая система элементов Менделеева). С конца XIX -- начала XX века важнейшим направлением химии стала разработка теоретических основ науки (электронная теория), изучение закономерностей химических процессов.

Химия в XX веке сложилась как активный элемент сверхложной системы «общество -- природа», представляющий собой, в свою очередь, открытую систему со своей структурой и взаимообменом между веществом, энергией и информацией.

Вещество представляет собой однородный (гомогенный) вид материи, т. е. такой материи, каждая частица которой имеет одинаковые физические свойства. Разные изделия, имеющие различное назначение и форму, могут быть изготовлены из одного и того же материала, и их вещество будет одинаковым. Самыгин С. И. и др. Концепции современного естествознания. - Ростов н/Д: «Феникс», 1997. - с.195

Уже с первых шагов химики на интуитивном и эмпирическом уровне поняли, что свойства простых веществ и химических соединений зависят от тех неизменных начал или носителей, которые впоследствии стали называть элементами. Выявление и анализ этих элементов, раскрытие связи между ними и свойствами веществ охватывает значительный период в истории химии, начиная от гипотезы Роберта Бойля (1627--1691) и кончая современными представлениями о химических элементах как разновидностях изотопов, т.е. атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра и отличающихся по массе. Этот первый концептуальный уровень можно назвать исследованием различных свойств веществ в зависимости от их химического состава, определяемого их элементами. Химики, как и физики, искали ту первоначальную основу или элемент, с помощью которых пытались объяснить свойства всех простых и сложных веществ.

Второй концептуальный уровень познания свойств связан с исследованием структуры, т. е способа взаимодействия элементов веществ. Эксперимент и производственная практика убедительно доказывали, что свойства полученных в результате химических реакций веществ зависят не только от элементов, но и от взаимосвязи и взаимодействия элементов в процессе реакции. Именно поэтому в процессе познания и использования химических явлений необходимо было учитывать их структуру, т. е. характер взаимодействия составных элементов вещества.

Третий уровень познания представляет собой исследование внутренних механизмов и условий протекания химических процессов, таких, как температура, давление, скорость протекания реакций и некоторые другие. Все эти факторы оказывают громадное влияние на характер процессов и объем получаемых веществ, что имеет первостепенное значение для массового производства.

Наконец, четвертый концептуальный уровень является Дальнейшим развитием предыдущего уровня, связанным с более глубоким изучением природы реагентов, участвующих в химических реакциях, а также применением катализаторов, значительно ускоряющих скорость их протекания. На этом уровне - простейшие явления самоорганизации, изучаемыми синергетикой. Рузавин Г. И. Концепции современного естествознания. - М.: ЮНИТИ, 2001. - с. 151

1.1 Состав вещества и химической системы

Для определения свойств веществ необходимо установить, из каких элементов они состоят, а это предполагает наличие точного понятая химического элемента. Упоминавшееся выше определение Р. Бойлем элемента как «простого тела», а тем более ранние попытки отождествить элементы непосредственно со свойствами и качествами веществ не достигали этой цели. В самом деле, ни сам Р. Бойль, ни его сторонники не имели ясного представления о «простом веществе» и поэтому принимали за него по сути дела химическое соединение. Так, например, железо, медь и другие известные в то время металлы они рассматривали как сложные тела, а окалину, получающуюся при их прокаливании, -- за простое тело. Теперь мы знаем, что окалина, или оксид металла, представляет собой соединение металла с кислородом, т. е. это сложное тело.

Такое ошибочное представление было навязано ученым господствовавшей в то время ложной гипотезой флогистона, согласно которой сложные тела состоят из соответствующего элемента и особого «невесомого тела»-- флогистона. Эта гипотеза была опровергнута известным французским химиком Антуаном Лавуазье (1743--1794) после открытия кислорода и выявления его роли в процессах окисления и горения. Он же первый предпринял попытку систематизации открытых к тому времени химических элементов, хотя при этом отнес к ним и некоторые химические соединения (известь, магнезию и др.). А. Лавуазье считал элементами только такие тела, которые не поддавались в его время реакции разложения.

Постепенно химики открывали все новые и новые химические элементы, описывали их свойства и реакционную способность и благодаря этому накопили огромный эмпирический материал, который необходимо было привести в определенную систему. Такие системы предлагались разными учеными, но были весьма несовершенными потому, что в качестве системообразующего фактора брались несущественные, второстепенные и даже чисто внешние признаки элементов.

Великая заслуга Д. И. Менделеева состоит в том, что, открыв периодический закон, он заложил фундамент для построения подлинно научной системы химических знаний. В качестве системообразующего фактора, или «неизменного общего в изменяемом и частном», он выбрал атомную массу, или атомный вес. В соответствии с атомным весом он расположил химические элементы в систему и показал, что их свойства находятся в периодической зависимости от атомного веса. Более того, он предсказал существование неизвестных элементов, оставив для них пустые клетки в своей таблице. Впоследствии эти элементы были открыты химиками и свойства их оказались такими, какие предсказал Д. И. Менделеев. Благодаря этому его периодическая система получила широкое признание в научном мире.

Характер любой системы, как известно, зависит не только от состава и строения ее элементов, но и от их взаимодействия. Именно такое взаимодействие определяет специфические, целостные свойства самой системы. Поэтому при исследовании разнообразных веществ и их реакционной способности ученым приходилось заниматься и изучением их структур. Соответственно уровню достигнутых знаний менялись и представления о химической структуре веществ. Хотя разные ученые по-разному истолковывали характер взаимодействия между элементами химических систем, тем не менее всё они подчеркивали, что целостные свойства этих систем определяются именно специфическими особенностями взаимодействия между их элементами.

1.2 Структура вещества и химической системы

Характер любой системы, как известно, зависит не только от состава и строения ее элементов, но и от их взаимодействия. Именно такое взаимодействие определяет специфические, целостные свойства самой системы. Поэтому при исследовании разнообразных веществ и их реакционной способности ученым приходилось заниматься и изучением их структур. Соответственно уровню достигнутых знаний менялись и представления о химической структуре веществ. Хотя разные ученые по-разному истолковывали характер взаимодействия между элементами химических систем, тем не менее все они подчеркивали, что целостные свойства этих систем определяются именно специфическими особенностями взаимодействия между их элементами.Видяпин В. И. Бакалавр экономики. Хрестоматия в трех частях. - М.: Триада, 2001. - с. 52

В качестве первичной химической системы рассматривалась при этом молекула и поэтому, когда речь заходила о структуре веществ, то имелась в виду именно структура молекулы как наименьшей единицы вещества. Сами представления о структуре молекулы постепенно совершенствовались, уточнялись и конкретизировались, начиная от весьма общих предположений отвлеченного характера и кончая гипотезами, обоснованными с помощью систематических химических экспериментов. Если, например, по мнению известного шведского химика Йенса Берцелиуса (1779--1848) структура молекулы возникает благодаря взаимодействию разноименно заряженных атомов или атомных групп, то французский химик Шарль Жерар (1816--1856) справедливо указывал на весьма ограниченный характер такого представления. В противовес этому он подчеркивал, что при образовании структур различные атомы не просто взаимодействуют, но известным образом преобразуют друг друга, так что в результате возникает определенная целостность или, как мы сказали бы теперь, система. Однако эти общие и в целом правильные представления не содержали практических указаний, как применить их для синтеза новых химических соединений и получения веществ с заранее заданными свойствами. Рузавин Г. И. Концепции современного естествознания. - М.: ЮНИТИ, 2001. - с. 156

Дальнейший шаг эволюции понятия химической структуры связан с теорией химического строения Александра Михайловича Бутлерова (1828--1886), который, хотя и признавал, что образование новых молекул из атомов происходит за счет их химического сродства, но обращал особое внимание на степень напряжения или энергии, с которой они связываются друг с другом. Именно поэтому новые идеи А.М. Бутлерова нашли не только широкое применение в практике химического синтеза, но и получили свое обоснование в квантовой механике.

1.3 Химические процессы самоорганизации и эволюция химических систем

К условиям протекания химических процессов относятся прежде всего термодинамические факторы, характеризующие зависимость реакций от температуры, давления и некоторых других условий. В еще большей степени характер и особенно скорость реакций зависят от кинетических условий, которые определяются наличием катализаторов и других добавок к реагентам, а также влиянием растворителей, стенок реактора и иных условий.

Не следует, однако, забывать, что эти условия мог оказывать воздействие на характер и результат химических реакций при определенной структуре молекул химических соединений. Наиболее активны в этом отношении соединения переменного состава с ослабленными связями между их компонентами. Именно на них и направлено в первую очередь действие разных катализаторов, которые значительно ускоряют ход химических реакций. Меньшее влияние оказывают на реакции такие термодинамические факторы, как температура и давление. Для сравнения можно привести реакцию синтеза аммиака из азота и водорода. Вначале его не удавалось получить ни с помощью большого давления, ни высокой температуры, и только использование в качестве катализатора специально обработанного железа впервые привело к успеху. Однако эта реакция сопряжена с большими технологическими трудностями, которые удалось преодолеть после того, когда был использован металлорганический катализатор. В его присутствии синтез аммиака происходит при обычной температуре (18°С) и нормальном атмосферном давлении, что открывает большие перспективы не только для производства удобрений, но в будущем такого изменения генной структуры злаков (ржи и пшеницы), когда они не будут нуждаться в азотных удобрениях. Еще большие возможности и перспективы возникают с использованием катализаторов в других отраслях химической промышленности, в особенности в «тонком» и «тяжелом» органическом синтезе.

Не приводя более примеров о чрезвычайно высокой эффективности катализаторов в ускорении химических реакций, следует обратить особое внимание на то, что возникновение и эволюция жизни на Земле были бы невозможны без существования ферментов, служащих по сути дела живыми катализаторами.

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 наталкиваются на серьезные ограничения. Речь может идти только о моделировании некоторых функций ферментов и использовании этих моделей для теоретического анализа деятельности живых систем, а также частично -- практического применения выделенных ферментов для ускорения некоторых химических реакций.

Тот факт, что катализ играл решающую роль в процессе перехода от химических систем к биологическим, т. е. на предбиотической стадии эволюции, в настоящее время подтверждается многими данными и аргументами. Наиболее убедительные результаты связаны с опытами по самоорганизации химических систем, которые наблюдали наши соотечественники Б. П. Белоусов и А. М. Жаботинский. Такие реакции сопровождаются образованием специфических пространственных и временных структур за счет поступления новых и удаления использованных химических реагентов. Однако в отличие от самоорганизации открытых физических систем в указанных химических реакциях важное значение приобретают каталитические процессы.

Роль этих процессов усиливается по мере усложнения состава и структуры химических систем. На этом основании некоторые ученые, например, напрямую связывают химическую эволюцию с самоорганизацией и саморазвитием каталитических систем. Другими словами, такая эволюция если не целиком, то в значительной мере связана с процессами самоорганизации каталитических систем. Следует, однако, помнить, что переход к простейшим формам жизни предполагает также особый дифференцированный отбор лишь таких химических элементов и их соединений, которые являются основным строительным материалом для образования биологических систем. В связи с этим достаточно отметить, что из более чем ста химических элементов лишь шесть, названных органогенами, служат основой для построения живых систем. Рузавин Г. И. Концепции современного естествознания. - М.: ЮНИТИ, 2001. - с. 160

Заключение

химическое вещество реакция познание

Тема моей контрольной работы «Концептуальные уровни в познании веществ и химической системы».

Для рассмотрения данной темы необходимо было раскрыть следующие вопросы:

1. Рассмотреть состав вещества и химической системы.

2. Рассмотреть структуру вещества и химической системы.

3. Рассмотреть процессы самоорганизации и эволюции химической системы.

Первый концептуальный уровень можно назвать исследованием различных свойств веществ в зависимости от их химического состава, определяемого их элементами.

Второй концептуальный уровень познания свойств связан с исследованием структуры, т. е способа взаимодействия элементов веществ. Третий уровень познания представляет собой исследование внутренних механизмов и условий протекания химических процессов, таких, как температура, давление, скорость протекания реакций и некоторые другие.

Четвертый концептуальный уровень является дальнейшим развитием предыдущего уровня, связанным с более глубоким изучением природы реагентов, участвующих в химических реакциях, а также применением катализаторов, значительно ускоряющих скорость их протекания.

Для определения свойств веществ необходимо установить, из каких элементов они состоят, а это предполагает наличие точного понятия химического элемента.

Идеи А.М. Бутлерова нашли широкое применение в практике химического синтеза и получили свое обоснование в квантовой механике, потому что он обращал особое внимание на степень напряжения или энергии, с которой молекулы и атомы связываются друг с другом.

К условиям протекания химических процессов относятся термодинамические факторы, характеризующие зависимость реакций от температуры, давления и некоторых других условий. Характер и особенно скорость реакций зависят от кинетических условий, которые определяются наличием катализаторов и других добавок к реагентам и иных условий.

Список использованной литературы

1) Видяпин В. И. Бакалавр экономики. Хрестоматия в трех частях. - М.: Триада, 2001. - 235 с.

2) Горелов А. А. Концепции современного естествознания. - М.: Центр, 1998. - 208 с.

3) Коробкин В. И., Передельский Л. В. Экология. - Ростов н/Д: изд-во Феникс, 2003. - 576 с.

4) Рузавин Г. И. Концепции современного естествознания. - М.: ЮНИТИ, 2001. - 287 с.

5) Самыгин С. И. и др. Концепции современного естествознания. - Ростов н/Д: «Феникс», 1997. - 448 с.

Размещено на Allbest.ru