Основные уровни строения химии как науки

       В XX в. структурная химия получила  дальнейшее развитие. В частности,  было уточнено понятие структуры,  под которой стали понимать  устойчивую упорядоченность качественно  неизменной системы. Также было введено понятие атомной структуры -устойчивой совокупности ядра и окружающих его электронов, находящихся в электромагнитном взаимодействии друг с другом, - и молекулярной структуры - сочетания ограниченного числа атомов, имеющих закономерное расположение в пространстве и связанных друг с другом химической связью с помощью валентных электронов.  

       Однако дальнейшее развитие химической  науки и основанного на ее  достижениях производства показали  более точно возможности и  пределы структурной химии.        

       Например, многие реакции органического  синтеза на основе структурной  химии давали очень низкие  выходы необходимого продукта  и большие отходы в виде  побочных продуктов.  Вследствие этого их нельзя было использовать в промышленном масштабе.     

       Структурная химия неорганических  соединений  ищет пути  получения кристаллов для производства высокопрочных материалов с заданными свойствами, обладающих термостойкостью, сопротивлением агрессивной среде и другими качествами, предъявляемыми сегодняшним уровнем развития науки и техники. Решение этих   вопросов наталкивается на различные препятствия. Выращивание, например, некоторых кристаллов требует исключения условий гравитации. Поэтому такие кристаллы выращивают в космосе, на орбитальных станциях. 
 

2. Учение  о химических процессах и особенность  эволюции химии.

     Учение  о химических процессах - область  науки, в которой осуществлена наиболее глубокая интеграция физики, химии  и биологии. В основе этого учения находятся химическая термодинамика  и кинетика, поэтому оно в равной степени принадлежит физике и  химии. Одним из основоположников этого  научного направления стал русский  химик Н.Н. Семенов, основатель химической физики.

     Учение  о химических процессах базируется на идее, что способность к взаимодействию различных химических реагентов  определяется кроме всего прочего  и условиями протекания химических реакций, которые могут оказывать  воздействие на характер и результаты этих реакций.

     Важнейшей задачей химиков становится умение управлять химическими процессами, добиваясь нужных результатов. В  самом общем виде методы управления химическими процессами можно подразделить на термодинамические (влияют на смещение химического равновесия реакции) и  кинетические (влияют на скорость протекания химической реакции). 

     Для управления химическими процессами разработаны термодинамический  и кинетический методы.  

       Французский химик А. Ле Шателье  в конце XIX в. сформулировал  принцип подвижного равновесия, обеспечив химиков методами смещения  равновесия в сторону образования  целевых продуктов. Эти методы  управления и получили название  термодинамических.  Каждая химическая реакция в принципе обратима, но на практике равновесие смещается в ту или иную сторону. Это зависит как от природы реагентов, так и от условий процесса. 

     Термодинамические методы преимущественно влияют на направление  химических процессов, а не их скорость.  

       Скоростью химических процессов  управляет химическая кинетика, в которой изучается зависимость  протекания химических процессов  от строения исходных реагентов,  их концентрации, наличия в реакторе  катализаторов и других добавок,  способов смешения реагентов,  материала и конструкции реактора  и т. п.   

       Химическая кинетика. Объясняет  качественные и количественные  изменения в химических процессах  и выявляет механизм реакции.  Реакции проходят, как правило,  ряд последовательных стадий, которые  составляют полную реакцию. Скорость  реакции зависит от условий  протекания и природы веществ,  вступивших в нее. К ним относятся  концентрация, температура и присутствие  катализаторов. Описывая химическую  реакцию, ученые скрупулезно отмечают  все условия ее протекания, поскольку  в других условиях и при  иных физических состояниях веществ  эффект будет разный.   

       Задача исследования химических  реакций является очень сложной.  Ведь практически все химические  реакции представляют собой отнюдь  не простое взаимодействие исходных  реагентов, а сложные цепи последовательных стадий, где реагенты взаимодействуют не только друг с другом, но и со стенками реактора, могущими как катализировать (ускорять), так и ингибировать (замедлять) процесс.   

       Катализ - ускорение химической  реакции в присутствии особых  веществ - катализаторов, которые  взаимодействуют с реагентами, но  в реакции не расходуются и  не входят в конечный состав  продуктов. Он был открыт в  1812 г. российским химиком К.  Г. С. Кирхгофом.      

       Сущность катализа сводится к  следующему:

     1) активная молекула реагента достигается  за счет их неполновалентного  взаимодействия с веществом катализатора  и состоит в расслаблении химических  связей реагента; 

     2) в общем случае любую каталитическую  реакцию можно представить проходящей  через промежуточный комплекс, в  котором происходит перераспределение расслабленных (неполновалентных) химических связей.  

       Каталитические процессы различаются  по своей физической и химической  природе на следующие типы:

     гетерогенный  катализ - химическая реакция взаимодействия жидких или газообразных реагентов  на поверхности твердого катализатора;

     гомогенный  катализ - химическая реакция в газовой  смеси или в жидкости, где растворены катализатор и реагенты;

     электрокатализ - реакция на поверхности электрода  в контакте с раствором и под  действием электрического тока;

     фотокатализ - реакция на поверхности твердого тела или в жидком растворе, стимулируется  энергией поглощенного излучения.   

       Применение катализаторов изменило  всю химическую промышленность. Катализ необходим при производстве  маргарина, многих пищевых продуктов,  а также средств защиты растений. Почти вся промышленность основной  химии (60-80 %) основаны на каталитических  процессах. Химики не без основания  говорят, что некаталитических  процессов вообще не существует, поскольку все они протекают  в реакторах, материал стенок  которых служит своеобразным  катализатором.

     С участием катализаторов скорость некоторых  реакций возрастает в 10 млрд. раз. Есть катализаторы, позволяющие не просто контролировать состав конечного продукта, но и способствующие образованию молекул определенной формы, что сильно влияет на физические свойства продукта (твердость, пластичность).    

       В современных условиях одно  из важнейших направлений развития  учения о химических процессах  - создание методов управления  этими процессами. Поэтому сегодня  химическая наука занимается  разработкой таких проблем, как  химия плазмы, радиационная химия,  химия высоких давлений и температур.    

       Химия плазмы изучает химические  процессы в низкотемпературной  плазме при 1000-10 000 °С. Такие процессы  характеризуются возбужденным состоянием  частиц, столкновением молекул с  заряженными частицами и очень  высокими скоростями химических  реакций. В плазмохимических процессах  скорость перераспределения химических  связей очень высока, поэтому  они очень производительны.

     Одним из самых молодых направлений  в исследовании химических процессов  является радиационная химия, которая  зародилась во второй половине XX в. Предметом  ее разработок - стали превращения  самых разнообразных веществ  под воздействием ионизирующих излучений. Источниками ионизирующего излучения  служат рентгеновские установки, ускорители заряженных частиц, ядерные реакторы, радиоактивные изотопы. В результате радиационно-химических реакций вещества получают повышенную термостойкость и  твердость.   

       Еще одна область развития  учения о химических процессах  - химия высоких и сверхвысоких  давлений. Химические превращения  веществ при давлениях выше 100 атм. относятся к химии высоких давлений, а при давлениях выше 1000 атм. - к химии сверхвысоких давлений.    

       При высоком давлении сближаются  и деформируются электронные  оболочки атомов, что ведет к  повышению реакционной способности  веществ. При давлении 102-103 атм. исчезает различие между жидкой и газовой фазами  а при 103-105 атм. – между твердой и жидкой фазами. При высоком давлении сильно меняются физические и химические свойства вещества. Например, при давлении 20 000 атм. металл становится эластичным, как каучук.      

       Химические процессы представляют  собой сложнейшее явление как  в неживой, так и в живой  природе. Эти процессы изучают  химия, физика и биология. Перед  химической наукой стоит принципиальная  задача - научиться управлять химическими  процессами. Дело в том, что  некоторые процессы не удается  осуществить, хотя в принципе  они осуществимы, другие трудно остановить - реакции горения, взрывы, а часть из них трудно-управляема, поскольку они самопроизвольно создают массу побочных продуктов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Список  литературы.

1. Лавриенко В.Н. Концепции современного естествознания/ В.Н. Лавриенко.-М.: Юнити, 2002,-303 с.
2. Садохин А.П. Концепции современного естествознания 2-е издание, переработка и дополнение/ А.П. Садохин.-М. Юнити,2006.-447 с.
3. Беляев М.И. Милогия М.И. Беляев.-М.:2000,-300 с.