Сильный толчок развитию неорганической химии дали проникновение в недра атома и изучение ядерных процессов. Поиски элементов, наиболее пригодных для расщепления в ядерных реакторах, способствовали исследованию малоизу-ченных и синтезу новых элементов с помощью ядерных ре-акций. Изучением их свойств, а также физико-химических основ и химических свойств радиоактивных изотопов, мето-дикой их выделения и концентрации занялась радиохимия, возникшая во второй четверти XX в.

Органическая химия окончательно сложилась в самостоя-тельную науку во второй половине XIXв. Этому способство-вало получение большого эмпирического и теоретического материала о соединениях углерода и его производных. Опре-деляющим фактором для всех органических соединений яв-ляются особенности валентного состояния углерода -- спо-собность его атомов связываться между собой как одинар-ной, так и двойной, тройной связью в длинные линейные и разветвленные цепи. Благодаря бесконечному многообразию форм сцепления углеродных атомов, наличию изомерии и гомологических рядов почти во всех классах органических соединений возможности получения этих соединений прак-тически безграничны.

В XX в. многие разделы органической химии стали по-степенно превращаться в большие, относительно самостоя-тельные ветви со своими объектами изучения. Так появи-лись химия элементоорганических соединений, химия по-лимеров, химия высокомолекулярных соединений, химия антибиотиков, красителей, душистых соединений, фарма-кохимия и т.д.

В конце XX в. возникает химия металлоорганических со-единений, то есть соединений, содержащих одну (или бо-лее) прямую связь металла с углеродом. До окончания века были открыты органические соединения ртути, кадмия, цин-ка, свинца и др. В настоящее время получены углеродистые соединения со значительным содержанием не только метал-лов, но и неметаллов (фосфор, бор, кремний, мышьяк и т.д.). Теперь эту область химии стали называть химией элементо-органических соединений, она находится на стыке органи-ческой и неорганической химии.

Самостоятельной областью химии является наука о мето-дах определения состава вещества -- аналитическая химия. Ее основная задача -- определение химических элементов или их соединений, входящих в состав исследуемого вещества, -- решается путем анализа. Без современных методов анализа был бы невозможен синтез новых химических соединений, эффективный постоянный контроль за ходом технологиче-ского процесса и качеством получаемых продуктов.

Химия наших дней составляет одну из наиболее обширных областей человеческих знаний и играет исключительно важ-ную роль в народном хозяйстве. Объекты и методы исследова-ния химии настолько разнообразны, что многие ее разделы являются по существу самостоятельными научными дисцип-линами. Современную химию принято подразделять в наибо-лее общем плане, по крайней мере, на 5 разделов: неоргани-ческую, органическую, физическую, аналитическую и химию высокомолекулярных соединений. Однако четких границ меж-ду этими разделами не существует. Например, координацион-ные и элементоорганические соединения представляют собой объекты, находящиеся в сфере исследований, как неоргани-ческой, так и органической химии. Развитие же этих разде-лов невозможно без широкого использования методов и пред-ставлений физической и аналитической химии.

К важнейшим особенностям современной химии отно-сятся:

1. Дифференциация основных разделов химии на отдельные, во многом самостоятельные научные дисциплины. Эта дифференциация основана на различии объектов и мето-дов исследования. Так, на значительное число быстро раз-вивающихся дисциплин подразделяется физическая хи-мия.

2. Интеграция химии с другими науками. В результате этого процесса возникли биохимия, биоорганическая химия и молекулярная биология, изучающие химические процес-сы в живых организмах. На границе химии и геологии развивается геохимия, исследующая закономерности по-ведения химических элементов в земной коре. Задачи космохимии -- изучение особенностей элементного состава космических тел (планет и метеоритов) и различных со-единений, содержащихся в этих объектах.

3. Появление новых, главным образом, физико-химических в физических методов исследования (структурный рентгеновский анализ, масс-спектроскопия, методы радиоспект-роскопии и др.)

Взаимосвязь химии и физики

Наряду с процессами дифференциации самой химической науки, в настоящее время идут в интеграционные процессы химии с другими отраслями естествознания. Особенно ин-тенсивно развиваются взаимосвязи между физикой и хими-ей. Этот процесс сопровождается возникновением все новых и новых смежных физико-химических отраслей знания.

Вся история взаимодействия химии я физики полна при-меров обмена идеями, объектами и методами исследования. На разных этапах своего развития физика снабжала химию понятиями в теоретическими концепциями, оказавшими сильное воздействие на развитие химии. При этом, чем боль-ше усложнялись химические исследования, тем больше ап-паратура и методы расчетов физики проникали в химию. Необходимость измерения тепловых эффектов реакции, раз-витие спектрального и рентгеноструктурного анализа, изучение изотопов и радиоактивных химических элементов, крис-таллических решеток вещества, молекулярных структур по-требовали создания и привели к использованию сложнейших физических приборов эспектроскопов, масс-спектрографов, дифракционных решеток, электронных микроскопов и т.д.

Развитие современной науки подтвердило глубокую связь между физикой и химией. Связь эта носит генетический ха-рактер, то есть образование атомов химических элементов, соединение их в молекулы вещества произошло на опреде-ленном этапе развития неорганического мира. Также эта связь основывается на общности строения конкретных видов мате-рии, в том числе и молекул веществ, состоящих в конечном итоге из одних и тех же химических элементов, атомов и элементарных частиц. Возникновение химической формы движения в природе вызвало дальнейшее развитие представ-лений об электромагнитном взаимодействии, изучаемом фи-зикой. На основе периодического закона ныне осуществляет-ся прогресс не только в химии, но и в ядерной физике, на границе которой возникли такие смешанные физико-хими-ческие теории, как химия изотопов, радиационная химия.

Химия и физика изучают практически одни и те же объек-ты, но только каждая из них видит в этих объектах свою сторону, свой предмет изучения. Так, молекула является пред-метом изучения не только химии, но и молекулярной физи-ки. Если первая изучает ее с точки зрения закономерностей образования, состава, химических свойств, связей, условий ее диссоциации на составляющие атомы, то последняя стати-стически изучает поведение масс молекул, обусловливающее тепловые явления, различные агрегатные состояния, перехо-ды из газообразной в жидкую и твердую фазы и обратно, явления, не связанные с изменением состава молекул и их внутреннего химического строения. Сопровождение каждой химической реакции механическим перемещением масс мо-лекул реагентов, выделение или поглощение тепла за счет разрыва или образования связей в новых молекулах убеди-тельно свидетельствуют о тесной связи химических и физи-ческих явлений. Так, энергетика химических процессов тес-но связана с законами термодинамики. Химические реак-ции, протекающие с выделением энергии обычно в виде теп-ла и света, называются экзотермическими. Существуют так-же эндотермические реакции, протекающие с поглощением энергии. Все сказанное не противоречит законам термодинамики: в случае горения энергия высвобождается одновремен-но с уменьшением внутренней энергии системы. В эндотер-мических реакциях идет повышение внутренней энергии си-стемы за счет притока тепла. Измеряя количество энергии, выделяющейся при реакции (тепловой эффект химической реакции), можно судить об изменении внутренней энергии системы. Он измеряется в килоджоулях на моль (кДж/моль).

Еще один пример. Частным случаем первого начала тер-модинамики является закон Гесса. Он гласит, что тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса. Закон Гесса позволяет вычислить тепловой эффект реакции в тех случаях, когда его непосредственное измере-ние почему-либо неосуществимо.

С возникновением теории относительности, квантовой механики и учения об элементарных частицах раскрылись еще более глубокие связи между физикой и химией. Оказа-лось, что разгадка объяснения существа свойств химических соединений, самого механизма превращения веществ лежит в строении атомов, в квантово-механических процессах его элементарных частиц и особенно электронов внешней обо-лочки, Именно новейшая физика сумела решить такие воп-росы химии, как природа химической связи, особенности химического строения молекул органических и неорганичес-ких соединений и т.д.

В сфере соприкосновения физики и химии возник и ус-пешно развивается такой сравнительно молодой раздел из числа основных разделов химии как физическая химия, ко-торая оформилась в конце XIX в. в результате успешных попыток количественного изучения физических свойств хи-мических веществ и смесей, теоретического объяснения мо-лекулярных структур. Экспериментальной и теоретической базой для этого послужили работы Д.И. Менделеева (откры-тие Периодического закона), Вант-Гоффа (термодинамика химических процессов), С. Аррениуса (теория электролити-ческой диссоциации) и т.д. Предметом ее изучения стали об-щетеоретические вопросы, касающиеся строения и свойств молекул химических соединений, процессов превращения веществ в связи с взаимной обусловленностью их физически-ми свойствами, изучение условий протекания химических реакций и совершающихся при этом физических явлений. Сейчас физхимия -- это разносторонне разветвленная наука, тесно связывающая физику и химию.

В самой физической химии к настоящему времени выде-лились и вполне сложились в качестве самостоятельных раз-делов, обладающих своими особыми методами и объектами исследования, электрохимия, учение о растворах, фотохимия, кристаллохимия. В начале XX в. выделилась также в само-стоятельную науку выросшая в недрах физической химии коллоидная химия. Со второй половины XX в. в связи с ин-тенсивной разработкой проблем ядерной энергии возникли и получили большое развитие новейшие отрасли физической Химии -- химия высоких энергий, радиационная химия (пред-метом ее изучения являются реакции, протекающие под дей-ствием ионизирующего излучения), химия изотопов.

Физическая химия рассматривается сейчас как наиболее широкий общетеоретический фундамент всей химической науки. Многие ее учения и теории имеют большое значение для развития неорганической и особенно органической хи-мии. С возникновением физической химии изучение веще-ства стало осуществляться не только традиционными хими-ческими методами исследования, не только с точки зрения его состава и свойств, но и со стороны структуры, термодина-мики и кинетики химического процесса, а также со стороны связи и зависимости последнего от воздействия явлений, при-сущих другим формам движения (световое и радиационное облучение, световое и тепловое воздействие и т.д.).

Примечательно, что в первой половине XX в. сложилась пограничная между химией и новыми разделами физики (кван-товая механика, электронная теория атомов и молекул) на-ука, которую стали позднее называть химической физикой. Она широко применила теоретические и экспериментальные методы новейшей физики к исследованию строения химиче-ских элементов и соединений и особенно механизма реакций. Химическая физика изучает взаимосвязь и взаимопереход химической и субатомной форм движения материи.

В иерархии основных наук, данной Ф. Энгельсом, химия непосредственно соседствует с физикой. Это соседство и обес-печило ту быстроту и глубину, с которой многие разделы физики плодотворно вклиниваются в химию. Химия грани-чит, с одной стороны, с макроскопической физикой -- термо-динамикой, физикой сплошных сред, а с другой -- с микро-физикой -- статической физикой, квантовой механикой.

Общеизвестно, сколь плодотворными эти контакты оказа-лись для химии. Термодинамика породила химическую термодинамику -- учение о химических равновесиях. Статиче-ская физика легла в основу химической кинетики -- учения о скоростях химических превращений. Квантовая механика вскрыла сущность Периодического закона Менделеева. Со-временная теория химического строения и реакционной спо-собности -- это квантовая химия, т.е. приложение принципов квантовой механики к исследованию молекул и «X превра-щений.

Еще одним свидетельством плодотворности влияния фи-зики на химическую науку является все расширяющееся применение физических методов в химических исследовани-ях. Поразительный прогресс в этой области особенно отчет-диво виден на примере спектроскопических методов. Еще совсем недавно из бесконечного диапазона электромагнитных излучений химики использовали лишь узкую область види-мого и примыкающего к нему участков инфракрасного и уль-трафиолетового диапазонов. Открытие физиками явления магнитного резонансного поглощения привело к появлению спектроскопии ядерного магнитного резонанса, наиболее ин-формативного современного аналитического метода и метода изучения электронного строения молекул, и спектроскопии электронного парамагнитного резонанса, уникального мето-да изучения нестабильных промежуточных частиц - свобод-ных радикалов. В коротковолновой области электромагнит-ных излучений возникла рентгеновская и гамма-резонанс-ная спектроскопия, обязанная своим появлением открытию Мессбауэра. Освоение синхротронного излучения открыло новые перспективы развития этого высокоэнергетического раздела спектроскопии.

Страницы: 1, 2, 3