Что изучает наука химия

Атомное строение веществ

Первые представления об атомах как мельчайших, далее неделимых частицах веществ появились у философов Древней Греции еще за 400 лет до н. э. Они считали, что каждое вещество составлено из присущих только ему атомов, т. е. существуют атомы, например, мяса, песка, дерева, воды и т. д. Другими словами, сколько есть веществ, столько и видов атомов.

Доказательств существования атомов в то время, конечно, не было, и это учение было забыто почти на две тысячи лет. И только в самом начале XIX в. идея атомного строения веществ была возрождена английским ученым Дж. Дальтоном.

Согласно его теории все вещества состоят из очень маленьких частиц — атомов. В процессе химических превращений атомы не разрушаются и не возникают вновь, а только переходят из одних веществ в другие. Они являются как бы деталями конструктора, из которых можно собирать всевозможные изделия.

Атомы — мельчайшие, химически неделимые частицы.

Изучение веществ и их преобразование

Повсюду нас окружают вещества, которые растворены в нас и всем, что нас окружает: воздухе, воде и т.д. В природе можно наблюдать превращение различных веществ в абсолютно новые соединения. В качестве примера можно привести наше дыхание, когда мы вдыхаем воздух с растворенным в нем кислородом, который в результате химических реакций насыщается углекислым газом. Обратный процесс мы наблюдаем при фотосинтезе в растениях, когда клетки живого растения поглощают углекислый газ, а в окружающую среду выделяют кислород.

Огромное количество химических реакций происходит в реках и других водоемах. На протяжении тысячелетий в недрах земли образовываются уголь, газ, нефть и различные минералы.

Все эти процессы всегда вызывали интерес у людей. Поэтому ученые пытались найти научное объяснение этим процессом, для чего проводили многочисленные опыты. Проанализировав результаты своих экспериментов, они создавали свои теории. Поэтому химию принято называть экспериментальной наукой.

Взаимодействие химии с другими науками

Известно, что естественные науки не только имеют общую связь, они взаимодействуют и дополняют друг друга. Любое преобразование веществ сопровождают физические явления, к примеру, выделение теплоты, ее поглощение и т.д. Этим объясняется взаимосвязь химии и физики.

В процессах, которые происходят в живых организмах, по сути являются обменом веществ. Поэтому биологу для их объяснения тоже нужны знания химии. Геологам такие знания необходимы для исследования земных недр и поиска полезных ископаемых. Медикам, фармацевтам, кулинарам, косметологам химия необходима для работы.

Ученым-химикам тоже необходимы другие науки. К примеру, без математики, они не смогут провести точные расчеты.

В последнее время появилась необходимость в более тщательном изучении взаимодействия различных наук, поэтому были созданы новые науки, имеющие тесную связь с химией: геохимия, агрохимия, коксохимия и т.д.

Основные задачи химии

Какие же задачи сегодня стоят перед химической наукой и химиками? Наиболее важной задачей является получение новых веществ, с полезными для человечества свойствами. Например, сегодня не существует лекарств от многих болезней, и химики работают над созданием препаратов от таких болезней как сахарный диабет, грипп, онкологические заболевания

Человечество пока не может покорять другие планеты, но со временем, при изобретении более совершенных средств передвижения в пространстве, это станет возможным, здесь так же не обойдется без химии, ведь для создания космических кораблей необходимо множество химических веществ и материалов.

Десятилетиями человечество использовало ресурсы планеты не очень эффективно. Результатом этого стало существенное загрязнение окружающей среды. Кроме того, возникла проблема нехватки природных ресурсов. Сегодня химики пытаются решить эти проблемы: сделать промышленные производства безопасными для окружающей среды, и создать альтернативу невозобновляемым природным ресурсам.

Одним из решений данной проблемы является безотходное химическое производство. За относительно небольшой промежуток времени человечество изучило свойства множества веществ и создало на их основе множество материалов. Нельзя однозначно сказать, какие вещества полезны, а какие вредны

Важно лишь то, с какой целью и как эти вещества будут использоваться: для пользы, или во вред человечеству, природе и нашей планете

Подведем итоги

• Химия – наука о веществах, их свойствах и превращениях
• Вещество – совокупность атомов, молекул или других частиц, находящихся в определенном агрегатном состоянии
• Физическое тело – материальный объект, имеющий постоянные массу, форму, а так же соответствующий ей объем и отделенный от других тел
• Современное слово для обозначения науки химии произошло от позднелатинского chimia и является интернациональным: например, в английском языке – chemistry, в немецком – Chemie, французском – chimie
• Органическая химия – раздел химии, изучающий вещества живой природы, а так же вещества, полученные из веществ природного происхождения, и их свойства
• Неорганическая химия – раздел химии, изучающий вещества неживой природы (минералы, горные породы и т.д.), а также их свойства
• Физическая химия – раздел химии об общих законах строения, структуры и превращениях химических веществ
• Аналитическая химия – раздел химии, изучающий методы анализа и идентификации химических веществ

Физическая химия

Физическая химия как наука изучает общие законы и закономерности, определяющие строение и физикохимические свойства веществ, механизм и динамику их химических превращений при различных природных условиях.

Это активно развивающаяся наука которая решает множество прикладных задач по получению количественных и качественных данных о о свойствах соединений. В этой части развиваются новые направления связанные с пониманием свойств наноразмерных объектов и выяснением влияния биологиче­ски активных сред.

Роль физической химии в понимании фундаментальных. основ химии как науки на современном этапе является определяющей.

Литература

• Вольхин В. В. Общая химия. Основы химии. — Пермь: Перм. гос. тех. ун-т, 2002. — 512 с. — ISBN 5-88151-309-6.
• Герасимов Я. И., Древинг В. П., Еремин Е. Н. и др. Курс физической химии / Под общ. ред. Я. И. Герасимова. — 2-е изд. — М.: Химия, 1970. — Т. I. — 592 с.
• Глинка Н. Л. Общая химия. Учебник для бакалавров / Под ред. В. А. Попкова и А. В. Бабкова. — 19-е изд., перераб. и доп. — М.: Юрайт, 2014. — 910 с. — (Бакалавр. Базовый курс). — ISBN 978-5-9916-3158-7.
• Еремин В. В., Каргов С. И., Успенская И. А. и др. Основы физической химии. Теория и задачи. — М.: Экзамен, 2005. — 481 с. — (Классический университетский учебник). — ISBN 5-472-00834-4.
• Коган В. Е., Литвинова Т. Е., Чиркст Д. Э., Шахпаронова Т. С. Физическая химия / Науч. ред. проф. Д. Э. Чиркст. — СПб.: Национальный минерально-сырьевой ун-т «Горный», 2013. — 450 с.
• Мечковский Л. А., Блохин А. В. Химическая термодинамика. Курс лекций. В двух частях. Часть 1. Феноменологическая термодинамика. Основные понятия, фазовые равновесия. — Минск: БГУ, 2010. — 141 с.
• Путилов К. А. Термодинамика / Отв. ред. М. Х. Карапетьянц. — М.: Наука, 1971. — 376 с.
• Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия. Учебное пособие для 7—11 классов вечерней (сменной) средней общеобразовательной школы. В 2-х частях. Часть I. — М.: Просвещение, 1985. — 192 с.
• Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия. Неорганическая химия. 8 класс. — 15-е изд. — М.: Просвещение, 2011. — 176 с. — ISBN 978-5-09-025532-5.
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. — 5-е изд., испр. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. — 544 с. — ISBN 5-9221-0601-5.
• Ходаков Ю. В. Общая и неорганическая химия. Книга для учителя. — М.: Изд. Академии пед. наук РСФСР, 1954. — 524 с.
• Ходаков Ю. В., Эпштейн Д. А., Глориозов П. А. и др. Преподавание неорганической химии в средней школе. Методическое пособие для учителей. — М.: Просвещение, 1975. — 416 с. — (Методическая библиотека школы).
• Химия: Справ. изд./ В. Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.: Пер. с нем. — М.: Химия, 1989.

Вещество. Классификация веществ

От активности химических элементов зависит — будут они существовать в свободном виде или будут частью вещества.

Вещество – это совокупность атомов, атомных частиц или молекул, находящаяся в определённом агрегатном состоянии.

Вещества делятся: простые и сложные.

Определение достаточно несложное и легко запоминается.

()

Закономерно возникает вопрос: чем сложное вещество отличается от смеси простых и сложных веществ?

()

На рисунке обозначено:

А) молекулы простого вещества кислород О₂;

Б) молекулы простого вещества водород Н₂;

В) смесь простых веществ О₂ и Н₂;

Г) молекула сложного вещества вода Н₂О;

Д) смесь молекул простого вещества водород Н₂ и сложного вещества Н₂О.

Смеси образуются в результате физического воздействия, например, смешивание железных опилок и воды, а сложные вещества – с помощью химического воздействия, например, ржавчина на железе, вызванная взаимодействием железа и воды.

В зависимости от того, какими частицами образованы вещества, их различают молекулярного и немолекулярного строения.

()

Разделы химии

Современная химия — настолько обширная область естествознания, что многие её разделы по существу представляют собой самостоятельные, хотя и тесно взаимосвязанные научные дисциплины.

По признаку изучаемых объектов (веществ) химию принято делить на неорганическую и органическую. Объяснением сущности химических явлений и установлением их общих закономерностей на основе физических принципов и экспериментальных данных занимается физическая химия, включающая квантовую химию, электрохимию, химическую термодинамику, химическую кинетику. Самостоятельными разделами являются также аналитическая и коллоидная химия (см. ниже перечень разделов).

Технологические основы современных производств излагает химическая технология — наука об экономичных методах и средствах промышленной химической переработки готовых природных материалов и искусственного получения химических продуктов, не встречающихся в окружающей природе.

Сочетание химии с другими смежными естественными науками представляют собой биохимия, биоорганическая химия, геохимия, радиационная химия, фотохимия и др.

Общенаучные основы химических методов разрабатываются в теории познания и методологии науки.

• Агрохимия
• Аналитическая химия занимается изучением веществ с целью получить представление об их химическом составе и структуре, в рамках этой дисциплины ведётся разработка экспериментальных методов химического анализа.
• Биоорганическая химия
• Биохимия изучает химические вещества, их превращения и явления, сопровождающие эти превращения в живых организмах. Тесно связана с органической химией, химией лекарственных средств, нейрохимией, молекулярной биологией и генетикой.
• Вычислительная химия
• Геохимия — наука о химическом составе Земли и планет (космохимия), законах распределения элементов и изотопов, процессах формирования горных пород, почв и природных вод.
• Квантовая химия
• Коллоидная химия
• Компьютерная химия
• Косметическая химия
• Космохимия
• Математическая химия
• Материаловедение
• Медицинская химия
• Металлоорганическая химия
• Нанохимия
• Неорганическая химия изучает свойства и реакции неорганических соединений. Чёткой границы между органической и неорганической химии нет, напротив, существуют дисциплины на стыке этих наук, например, металлоорганическая химия.
• Органическая химия выделяет в качестве предмета изучения вещества, построенные на основе углеродного скелета.
• Нейрохимия своим предметом имеет изучение медиаторов, пептидов, белков, жиров, сахара и нуклеиновых кислот, их взаимодействия и роли, которую они играют в формировании, становлении и изменении нервной системы.
• Нефтехимия
• Общая химия
• Препаративная химия
• Радиохимия
• Супрамолекулярная химия
• Фармацевтика
• Физическая химия изучает физический и фундаментальный базис химических систем и процессов. Важнейшие области исследования включают химическую термодинамику, кинетику, электрохимию, статистическую механику и спектроскопию. Физическая химия имеет много общего с молекулярной физикой. Физическая химия предполагает использование инфинитезимального метода. Физическая химия является отдельной дисциплиной от химической физики.
• Фотохимия
• Химия высокомолекулярных соединений
• Химия одноуглеродных молекул
• Химия полимеров
• Химия почв
• Теоретическая химия своей задачей ставит теоретическое обобщение и обоснование знаний химии через фундаментальные теоретические рассуждения (как правило, в области математики или физики).
• Термохимия
• Токсикологическая химия
• Электрохимия
• Экологическая химия; химия окружающей среды
• Ядерная химия изучает ядерные реакции и химические последствия ядерных реакций.

Интересно знать химию (факты)

Протекание некоторых химических процессов и свойства отдельных веществ вызывают необычный интерес людей.

Вот некоторые из них:

1. Галлий. Это интересный материал, который имеет свойство плавиться при комнатной температуре. По виду похож на алюминий. Если ложку из галлия опустить в жидкость по температуре выше 28 градусов по Цельсию, то она расплавится и потеряет форму.
2. Молибден. Этот материал был обнаружен во время Первой мировой войны. Исследования его свойств показали высокую прочность вещества. Позднее из него была изготовлена легендарная пушка «Большая Берта». Ее ствол не деформировался от перегрева при стрельбе, что упростило использование орудия.
3. Вода. Известно, что вода в чистом виде H₂O не встречается в природе. Благодаря своим свойствам, она впитывает все, что встречается на пути. Поэтому истинно чистую жидкость можно получить только в лаборатории.
4. Также известно еще одно особенное свойство воды – ее реакция на изменение окружающего мира. Исследования показали, что вода из одного источника при разных воздействиях (магнитном, при включенной музыке, рядом с людьми), меняет свою структуру.
5. Меркаптан. Это соединение сладкого, горького и кислого вкусов, которое было обнаружено после исследования грейпфрута. Установлено, что человек замечает этот вкус при концентрации 0,02 нг/л. То есть достаточно на объем воды в 100 тыс. тонн добавить 2 мг меркаптана.

Можно сказать, что химия – неотъемлемая часть научного знания человечества. Она интересна и многогранна. Именно благодаря химии люди имеют возможность пользоваться множеством предметов современного окружающего мира.

Символы химических элементов

Каждый элемент имеет свое название и условное обозначение — химический символ (знак).

Химический символ (знак) — условное обозначение химического элемента с помощью букв его латинского названия.

Символы химических элементов состоят из одной или двух букв их латинских названий. Понятно, что вторая буква нужна, чтобы различать элементы, в названиях которых первая буква одинакова. Например, элемент углерод обозначается первой буквой С его латинского названия — Carboneum (карбонеум), а элемент медь — двумя первыми буквами Cu его латинского названия — Cuprum (купрум).

Современные символы и названия наиболее распространенных элементов, необходимые вам на начальном этапе изучения химии, приведены в таблице под спойлером.

Спойлер

Название химического элемента	Химический знак элемента	Относительная атомная масса (округленная)
Азот	N	14
Алюминий	Al	27
Водород	H	1
Железо	Fe	56
Золото	Au	197
Калий	K	39
Кальций	Ca	40
Кислород	O	16
Кремний	Si	28
Магний	Mg	24
Медь	Cu	64
Натрий	Na	23
Ртуть	Hg	201
Свинец	Pb	207
Сера	S	32
Серебро	Ag	108
Углерод	C	12
Фосфор	P	31
Хлор	Cl	35,5
Цинк	Zn	65

Если вы хотите познакомиться с названиями и символами всех химических элементов, загляните сюда. Там представлена периодическая система элементов, о которой вы узнаете позже.

Распространенность химических элементов в природе крайне неравномерна. Самый распространенный элемент в земной коре (слое толщиной 16 км) — кислород О. Его содержание составляет 49,13 % от общего числа атомов всех элементов. Доли остальных элементов показаны на рис. 28.

В организме человека на долю атомов кислорода приходится 65 % от массы тела, в то время как доля атомов углерода — 18 %, водорода — 10 %, азота — 3 % (см. рис. 29).

Во всей нашей Галактике почти 92 % от общего числа всех атомов приходится на долю водорода Н, 7,9 % — на долю гелия He и только 0,10 % — на атомы всех остальных элементов. Именно эти два самых легких элемента составляют основу звездной материи.

Краткие выводы урока:

1. Атомы — мельчайшие, химически неделимые частицы.
2. При химических реакциях атомы не исчезают и не возникают из ничего, а только переходят из одних веществ в другие.
3. Каждый отдельный вид атомов называется химическим элементом. Он имеет свое название и обозначение — химический символ (знак).
4. Атомы разных химических элементов различаются массой, размерами и строением.

Надеюсь урок 1 «Атомы и химические элементы» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Физическая химия

Физическая химия является самым обширным разделом химии. Она занимается изучением общих законов строения, структуры и превращений веществ с помощью методов физики. Для этого применяются теоретические и экспериментальные из них.

Физическая химия включает знания о:

• строении молекул;
• химической термодинамике;
• химической кинетике;
• катализе.

Разделы физической химии следующие:

• Электрохимия – исследование процессов в проводниках.
• Фотохимия – изучение химических превращений под действием света.
• Физическая химия поверхностных явлений.
• Радиационная химия – изучение процессов, вызванных действием ионизирующих излучений;
• Коллоидная химия – изучения систем и явлений, возникающих на границе раздела фаз.
• Квантовая химия – изучение строения, свойств, реакций веществ на основании квантовой механики.
• Кристаллохимия – наука о кристаллических структурах;
• Термохимия – раздел химии, изучающий термореакции, взаимосвязи физико-химических параметров.
• Учение о строении атома.
• Учение о коррозии (окислении) металлов.
• Химическая кинетика – изучение химических реакций в зависимости от внешних условий.
• Учение о растворах.
• Ядерная химия – занимается изучением ядерных реакций и процессов, происходящих в них.
• Звукохимия – изучение эффектов, возникающих при воздействии мощных акустических волн.

Литература

• Некрасов Б. В. Основы общей химии, т. 1. — М.: «Химия», 1973
• Химическая энциклопедия, п. ред. Кнунянц И. Л., т. 5. — М.: «Советская энциклопедия», 1988
• Химия: Справ. изд./ В. Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.: Пер. с нем. — М.: Химия, 1989
• Джон Мур. Химия для чайников = Chemistry For Dummies. — М.: «Диалектика», 2011. — 320 с. — ISBN 978-5-8459-1773-7.
• Н. Л. Глинка. Общая химия. — М.: Интеграл-Пресс, 2008. — С. 728. — ISBN 5-89602-017-1.
• Джуа М. История химии. — М.: Мир, 1966. — 452 с.
• Дубинская А. М., Призмент Э. Л. Химические энциклопедии, в кн.: Химический энциклопедический словарь. — М., 1983
• Потапов В. М., Кочетова Э. К. Химическая информация. Где и как искать химику нужные сведения. — М., 1988
• Аблесимов Н. Е. Сколько на свете химий? // Химия и жизнь — XXI век. 2009. № 5. С. 49-52; № 6. С. 34-37.
• Ахметов, Н. С. Общая и неорганическая химия. Общая неорганическая химия. Учеб. для вузов.-4-е изд., испр.,-М,: Высш. шк., Изд. центр» Академия», 2001.-743 с., ил., 2001.
• Мелентьева, Галина Александровна. Фармацевтическая химия. Рипол Классик, 1985.