Химия жизни

2

Работа на тему:

«Химия жизни»

2004

План

Введение

Химический взгляд на природу, истоки и современное состояние.

Предмет познания химической науки и ее структура

Взаимосвязь химии и физики

Взаимосвязь химии и биологии Заключение

Литература

Введение

Современная химия представляет собой широкий комп-лекс наук, постепенно сложившийся в ходе ее длительного исторического развития. Практическое знакомство человека с химическими процессами восходит к глубокой древности. В течение многих столетий теоретическое объяснение хими-ческих процессов основывалось на натурфилософском учении об элементах-качествах. В модифицированном виде оно по-служило основой для алхимии, возникшей примерно в III-IV вв. н.э. и стремившейся решить задачу превращения не-благородных металлов в благородные. Не добившись успеха в решении этой задачи, алхимики, тем не менее, выработали ряд приемов исследования веществ, открыли некоторые хи-мические соединения, чем в определенной степени способ-ствовали возникновению научной химии.

Натурфилософские воззрения лежали также в основе воз-никшей в XVI в. ятрохимии (предшественницы медицин-ской химии), стремившейся найти в химических препаратах средства лечения многочисленных болезней. В средние века получили ускоренное развитие химические производства: металлургия, стеклоделие, изготовление красителей. Это спо-собствовало выработке первых теоретических установок в развивавшемся химическом знании.

Собственно научная химия ведет свое начало со второй половины XVII в., когда Р. Бойль и его единомышленники дали первое научное определение понятия «химический эле-мент». Важной вехой на пути создания научной химии стало открытие благодаря работам М.В. Ломоносова и А. Лавуазье, закона сохранения массы при химических реакциях. Важ-ную роль в становлении химии как самостоятельной науки сыграло открытие в конце XVII -- начале XIX вв. стехиометрических законов.

Разработка химических воззрений в XIX в. началась с создания Д. Дальтоном основ химической атомистики. Вско-ре А. Авогадро ввел понятие «молекула». Однако атомно-молекулярные представления утвердились в науке лишь в 60-х годах XIX в. В тот же период в познавательном прицеле химии заняла основополагающее место, наряду с составом, также структура веществ. Этому в решающей степени спо-собствовало создание А.М. Бутлеровым теории химического строения. К числу наиболее значительных вех развития на-учной химии и всего естествознания принадлежит открытие Д.И. Менделеевым периодического закона химических эле-ментов. В конце XIX -- начале XX вв. к ведущим направле-ниям развития химии стало относиться изучение закономер-ностей химического процесса. Со второй половины XX в. в химии плодотворно развивается концепция, нацеленная на изучение возможностей использования в процессах получе-ния целевых продуктов таких условий, которые приводят к самосовершенствованию катализаторов химических реакций, т.е. к самоорганизации химических систем. Эволюционная химия обратилась к постижению путей получения наиболее высокоорганизованных химических систем, которые только возможны в настоящее время.

В химии исторически сложились, таким образом, четыре уровня изучения веществ: с позиций их состава, строения, химического действия и самоорганизации. Тем не менее, спе-цифика химии не может быть сведена только к исследова-нию веществ с позиций этого многоуровневого подхода. Наи-более специфичным для нее является постижение химизме взаимоотношений веществ. Причем осмысление феномена химизма, находит свое концентрированное выражение в со-временной трактовке предмета химии.

Химический взгляд на природу, истоки и современное состояние.

Химия -- очень древняя наука. Существует несколько объясне-ний слова «химия». Согласно одной из имеющихся теорий, оно происходит от древнего названия Египта -- Kham и, следователь-но, должно означать «египетское искусство». Согласно другой тео-рии, слово «химия» произошло от греческого слова cumoz (сок растения) и означает «искусство выделения соков». Этот сок мо-жет быть расплавленным металлом, так что при подобном расши-ренном толковании данного термина в него приходится включать и искусство металлургии.

С химией тесно связаны элементы стихий древнегреческой на-турфилософии, атомистика Левкиппа и Демокрита. Но, конечно, наибольший вклад в становление этой науки внесли египтяне. Имя первого из дошедших до нас химиков -- Болос из Менда, жившего в дельте Нила на рубеже III и II вв. до н.э. К 300 г. н.э. египтянин Зосима написал энциклопедию, которая охватывала все собранные к тому времени знания по химии. Но химия, представленная в этом труде, еще не была наукой в полном смысле слова, а оставалась тесно связанной с древнеегипетской религией и не выходила в сво-ем развитии за пределы формирования феноменологического уров-ня. В химии выявлялись свойства, устанавливались закономерности между ними, сущность же явлений подменялась их мистической интерпретацией. Химию (химиков) искореняли и преследовали древ-неримские императоры, фанатики христианства: ученые изгонялись, книги их сжигались, сама наука запрещалась. Одни опасались, на-пример, того, что химики занимались получением золота; вторые преследовали ученых за тесную связь химии с древнеегипетской ре-лигией, которая, с точки зрения христианства, была язычеством.

Начиная с последних веков I тыс. до н.э. химия бурно развива-лась в арабском мире, а в первой половине нынешнего тысячеле-тия она получила широкое распространение в Западной Европе. С одной стороны, развитие химии в этот период шло вслед за раз-витием техники, однако, с другой стороны, она оставалась тесно связанной с религиозно-философской мыслью. В тот период химия существовала главным образом как алхимия.

В химии необходимо отметить, прежде всего, существование осо-бого «химического взгляда» на природу, который не может быть сведен к физическому, несмотря на все успехи физической химии в нынешнем столетии. То есть у химии давно были обнаружены качества некоторого особого типа. Так, согласно известному хими-ку А. А. Бутакову, химические реакции «нельзя объяснить только действием сил электрического притяжения и отталкивания. Их дей-ствием объясняется лишь физическая сторона химического процес-са. Химическая форма движения материи представляет собой про-цессы изменения частиц вещества, которые, в конечном счете, опре-деляются действием периодического закона». Подобного мнения придерживаются и многие другие ученые-химики. Известный рос-сийский физико-химик Н. Н. Семенов сводил основные отличия между физическим и химическим процессом к трем: «Истории сис-темы, отсутствию мгновенных параметров для скоростей химичес-ких реакций, возможности пользоваться равновесными параметра-ми для физических процессов и невозможности -- для химических».

В химии хорошо используется подход индуктивный, гораздо ме-нее продуктивным здесь оказался дедуктивный подход. При дедук-тивном подходе вся совокупность известных естественно-научных фактов (не только химических, но и физических, биологических) представляется вытекающей из ряда основных законов. Такой под-ход, как правило, оказывается достаточно эффективным в физике и там, где могут быть использованы физические идеи (в химии). Индуктивный подход -- это движение в обратном направлении, когда на основе химической фактологии выявляются более или менее общие закономерности (правила, законы), а затем уже со-здаются обобщенные модели, составляющие основу современной теоретической химии.

Важнейшие особенности современной химии таковы.

1. В химии, прежде всего в физической химии, появляются многочисленные самостоятельные научные дисциплины (хи-мическая термодинамика, химическая кинетика, электрохи-мия, термохимия, радиационная химия, фотохимия, плазмохимия, лазерная химия).

2. Химия активно интегрируется с остальными науками, ре-зультатом чего было появление биохимии, молекулярной био-логии, космохимии, геохимии, биогеохимии. Первые изучают химические процессы в живых организмах, геохимия -- зако-номерности поведения химических элементов в земной коре. Биогеохимия -- это наука о процессах перемещения, распре-деления, рассеяния и концентрации химических элементов в биосфере при участии организмов. Основоположником биогео-химии является В. И. Вернадский. Космохимия изучает хими-ческий состав вещества во Вселенной, его распространенность и распределение по отдельным космическим телам.

3. В химии появляются принципиально новые методы исследо-вания (структурный рентгеновский анализ, масс-спектроскопия, радиоспектроскопия и др.).

Химия способствовала интенсивному развитию некоторых на-правлений человеческой деятельности. Например, хирургии химия дала три главных средства, благодаря которым современные опе-рации стали безболезненными и вообще возможными: 1) введе-ние в практику эфирного наркоза, а затем и других наркотических веществ; 2) использование антисептических средств для преду-преждения инфекции; 3) получение новых, не имеющихся в при-роде аллопластических материалов-полимеров.

В химии весьма отчетливо проявляется неравноценность отдель-ных химических элементов. Подавляющее большинство химичес-ких соединений (96% из более 8,5 тыс. известных в настоящее вре-мя) -- это органические соединения. В их основе лежат 18 элементов), и большее распространение имеют всего 6 из них). Это происходит в силу того, что, во-первых, химические связи проч-ны (энергоемки) и, во-вторых, они еще и лабильны. Углерод как никакой другой элемент отвечает всем этим требованиям энерго-емкости и лабильности связей. Он совмещает в себе химические противоположности, реализуя их единство.

Однако подчеркнем, что материальная основа жизни не сво-дится ни к каким, даже самым сложным, химическим образова-ниям. Она не просто агрегат определенного химического состава, но одновременно и структура, имеющая функции и осуществляю-щая процессы. Поэтому невозможно дать жизни только функцио-нальное определение.

В последнее время химия все чаще предпринимает штурм со-седних с нею уровней структурной организации природы. Напри-мер, химия все более и более вторгается в биологию, пытаясь объяс-нить основы жизни.

Предмет познания химической науки и ее структура

Современная химия изучает превращения, при которых молекулы одного соединения обмениваются атомами с молекулами других соединений, распадаются на молекулы с мень-шим числом атомов, а также вступают в химические реак-ции, в результате которых образуются новые вещества. Ато-мы претерпевают в химических процессах некоторые изме-нения лишь в наружных электронных оболочках, атомное ядро и внутренние электронные оболочки при этом не изме-няются.

При определении предмета химии нередко акцентируют внимание на том, что его составляют, прежде всего, соединения атомов и превращения этих соединений, происходящее с разрывом одних и образованием других межатомных связей.

Различные химические науки отличаются тем, что они занимаются изучением либо различных классов соединений (такое различие положено в основу разграничения органи-ческой и неорганической химии), либо разных типов реак-ций (радиохимия, радиационная химия, каталитический синтез, химия полимеров), либо использованием разных ме-тодов исследования (физическая химия в ее различных на-правлениях). Отграничение одной химической дисциплины от другой, сохраняющее в нынешних условиях исторически сложившиеся разграничительные линии, имеет относитель-ный характер.

До конца XIX века химия в основном была целостной единой наукой. Внутреннее ее деление на органическую и неор-ганическую не нарушало этого единства. Но последовавшие вскоре многочисленные открытия, как в самой химии, так и в биологии, физике положили начало быстрой ее дифферен-циации.

Современная химическая наука, опираясь в» прочные те-оретические основы, непрерывно развивается вширь и вглубь. В частности, происходит открытие и изучение новых, каче-ственно различных дискретных химических частиц. Так, еще в первой половине XIX века при изучении электролиза были обнаружены ионы -- особые частицы, образованные из ато-мов и молекул, но электрически заряженные. Ионы являют-ся структурными единицами многих кристаллов, кристалли-ческих решеток металлов, они существуют в атмосфере, в растворах и т.д.

В начале XX в. химики открыли радикалы как одну из активных форм химического вещества. Они образуются из молекул путем отщепления отдельных атомов или групп и содержат атомы элементов в необычном для них валентном состоянии, что связано с наличием одиночных (неспаренных) электронов, объясняющих их исключительную химическую активность.

К особым формам химического вещества относятся также макромолекулы. Они состоят из сотен и тысяч атомов и вслед-ствие этого приобретают в отличие от обычной молекулы качественно новые свойства.

Характерный для новейшей химии, как и для всей науки XX в., процесс глубокой внутренней дифференциации в значительной степени связан с открытием этого качественного многообразия химических веществ. Их строение, превраще-ния и свойства стали предметом изучения специальных раз-делов химии: электрохимии, химической кинетики, химии полимеров, химии комплексных соединений, коллоидной химии, химии высокомолекулярных соединений.

Страницы: 1, 2, 3