Физика: учение об атомах

Вопросы для самоконтроля

1.Как принято подразделять методы научного позна­ния? В чем отличие всеобщих методов от общенаучных?

2. Какие условия необходимы для проведения научных экспериментов?

3. Что такое «естественная система единиц» в физике?

4. С чего всегда начинается процесс познания? Охарак­теризуйте общую направленность научно-теоретического познания.

5. Что такое «идеализация» в естествознании? Раскрой­
те роль мысленного эксперимента в научно-теоретических исследованиях.

6.Что понимается под формализацией в научном по­знании?

7.Чем язык современной науки отличается от обыч­ного человеческого языка?

 

8.Назовите основные методы индукции.

9.Что такое моделирование в научном познании? На­зовите известные вам виды моделирования.

Примечания

¹      Декарт Р. Избранные произведения. М., 1950. С. 89.

²      Назаров И.В. Методология геологического исследо­
вания. Новосибирск, 1982. С. 41.

³        Байбаков С.Н., Мартынов А.И. С орбиты спутни­
ка — в глаз тайфуна. М., 1986. С. 17.

⁴        Там же, С. 17.

⁵        Гейзенберг В. Теория, критика и философия // Ус­
пехи физических наук. 1970. Т. 102. Вып. 2. С. 303.

⁶         Губарев В. Вихри в океане // Правда. 1984. 26 сен­
тября. С. 6.

⁷         Павлов ИЛ. Поли. собр. соч. Т. П. Кн. 2. М.; Л.,

1951. С. 274.

⁸         Карцев ВЛ. Эксперимент и практика. М., 1974. С. 31.

⁹           Капица П.Л. Эксперимент, теория, практика. М.,

1987. С. 182.

¹⁰         Цит. по: Орнатский ПЛ. Теоретические основы
информационно-измерительной техники. Киев, 1976. С. 7.

 

 

4,3. панорама современного естествознания

В XX веке естествознание развивалось невероятно быс­трыми темпами. Его развитие стимулировалось потребностя­ми практики. Развивающаяся быстрыми темпами промыш­ленность требовала новых технологий, в основе которых ле­жало естественнонаучное знание. Мощным стимулятором для развития науки и техники были мировые войны, а так­же экономическое и военное противостояние двух военно-политических блоков, во главе которых стояли СССР и США. Развитые промышленные страны начинают выделять большие средства на развитие системы образования, подго­товку и воспроизводство научных кадров. Расширяется сеть научно-исследовательских учреждений, финансируемых как государством, так и частными компаниями.

Наука перестает быть частным делом, какой она была
в ХУШ-Х1Х веках, когда ее развивали любознательные са­моучки: адвокаты, священники, медики, ремесленники и т. д. Наука становится профессией огромного числа людей. Современные исследования показывают, что развитие на­уки может быть выражено экспоненциальным законом.
Объем научной деятельности удваивается каждые 10-16
лет. Это проявляется в ускорении роста количества науч­ных открытий и научной информации, а также числа лю­дей, занятых на науке.     

По данным ЮНЕСКО, до начала 70-х годов XX века число научных работников ежегодно увеличивалось на 7 %, в то время как численность всего населения росла всего лишь на 1,7 % в год. В результате получается, что наши­ми современниками являются более 90 % ученых от их общего числа за всю историю науки.

В конце XIX века во всем мире было около 50 тыс. че­ловек, занятых в сфере науки и только около 15 тыс. че­ловек из них непосредственно занимались научно-исследо­вательской деятельностью. 50 лет спустя научными иссле­дованиями занимались уже примерно 400 тыс. человек, а общее число научных работников приблизилось к 2 млн.

В этот период ежегодный рост расходов на науку со­ставлял от 10 до 25 % в год. Такие темпы значительно превышали темпы роста расходов на другие цели, в том числе военных расходов. Если в конце XIX века научные открытия совершались в маленькой лаборатории профес­сора или мастерской изобретателя, то в 20-30 годы XX века начинается эпоха промышленной науки, крупных на­учно-исследовательских центров, расходующих десятки и сотни тысяч долларов. С конца XIX века наука начинает себя окупать. Капитал, вложенный в научные разработки, начинает приносить прибыль.

В XX веке наука изменяет не только сферу производ­ства, но и быт. Радио, телевидение, магнитофоны, компь­ютеры становятся обиходными вещами: так же как одежда из синтетических тканей, стиральные порошки, лекарства и т. д.

Все это характеризует как бы внешнюю сторону разви­тия науки нашего времени. Теперь рассмотрим, какие важ­нейшие научные открытия были сделаны за последние 70-80 лет.

Физика: учение об атомах

В физике можно выделить три основных направления: исследование микромира (микрофизика), макромира (мак­рофизика) и мегамира (астрофизика). Прогресс физики после ряда выдающихся открытий конца XIX — начала XX века (рентгеновские лучи, элек­трон, радиоактивность и др.) был задержан первой миро­вой войной, и все же исследования атомов продолжались. Основное в этих исследованиях:

1. Разработка модели атома.

2. Доказательство изменяемости атома.

3. Доказательство существования разновидностей ато­ма у химических элементов.

Эти исследования опирались практически на совершен­но новое представление о структуре материи, которое начало складываться в начале XX века. Сформулированное в Х1Х веке представление об атомах было подытожено Д.И. Менделеевым, который в статье «Вещество», опубликован­ной в 1802т. в «Энциклопедическом словаре Брокгауза и Ефрона», перечислил основные сведения об атомах:

1.Химические атомы каждого элемента неизменны, и
существует столько сортов атомов, сколько известно хими­ческих элементов (в то время — примерно 70).

2. Атомы данного элемента одинаковы.

3. Атомы имеют вес, причем различие атомов основа­но на различии их веса.

4. Взаимный переход атомов данного элемента в атомы
другого элемента невозможен.

Доказательство существования электрона разрушило эти представления об атоме. Важнейшим направлением исследований физики становится выяснение структуры атомов. Электронные модели атома стали появляться одна за другой. Их возникновение в хронологической последо­вательности таково:

1.Модель У. Кельвина⁶⁵ (1902г.) — электроны рас­пределяются определенным способом внутри положитель­но заряженной сферы.

2. Модель Ф. Ленарда⁶⁶ (1903г.) — атом состоит из «дуплетов» отрицательных и положительных зарядов (так называемых динамид).

3. Модель Г. Нагаоки⁶⁷ (1904г.) — атом «устроен» наподобие планеты Сатурн (вокруг положительно заряжен­ного тела располагаются кольца» состоящие из отрицатель­но заряженных электронов).

4. Модель Дж. Томсона⁶⁸ (1904г.) — внутри поло­жительно заряженной сферы вращающиеся электроны раз­мещаются в одной плоскости по концентрическим оболоч­кам, вмещающим различные, но конечные числа электронов.

Эти модели были результатами теоретических (во мно­гом — чисто математических) построений и носили фор­мальный характер. Исключение составляла модель Дж. Томсона. Он предпринял первую в своем роде попыт­ку объяснения периодического изменения свойств хими­ческих элементов, связав феномен периодичности с числом электронов в концентрических кольцах.

Однако оставалось неопределенным точное количество электронов в атомах. Томсон полагал, что масса носителя единичного положительного заряда значительно превосхо­дит массу единичного отрицательного заряда, и это также оказалось соответствующим истине.

Электрон довольно скоро исчерпал свои возможности в качестве единственного «строительного материала» ато­мов, но эти перечисленные модели, безусловно, сыграли роль в подготовке будущей планетарной модели атома. Почти каждая из них в той или иной форме содержала элементы действительности.

Появление резерфордовской модели стало возможным благодаря подключению исследований радиоактивности, причем не столько само явление, сколько изучение дей­ствия α-частиц, испускаемых в ходе радиоактивного распа­да, на вещества. Именно анализ рассеивания частиц различ­ными материалами позволил Э. Резерфорду⁶⁹ в 1911 году высказать идею о существовании в атоме массивного заря­женного тела — ядра (сам термин «ядро» был введен Резерфордом в 1912 году).

Применив к резерфордовской модели квантовую теорию, Н. Бор⁷⁰ (1913г.) устранил противоречие этой модели классической электродинамики. Поэтом именно ядерная модель Резерфорда в интерпретации Бора стала основным понятием новой атомистики.

На протяжении почти двух десятилетий господствовала протонно-электронная модель ядра. Неверная по своей сути, она, тем не менее, ни чуть не мешала широкому рас­пространению и использованию классической атомной модели целиком. Но только после открытия Дж. Чедвиком⁷¹ в 1932 г. нейтрона возникли современные представ­ления о протоно-нейтронной модели ядра.

Итак, следствием фундаментальных физических открытий конца XIX века оказалась разработка структуры атома в целом. «Бесструктурный» атом уступил место новому атому как сложной системе частиц.

После того как нейтрон был признан и нашел свое место как протон, лишенный своего положительного заря­да, было обнаружено, что он представляет собой центральную фигуру в структуре ядра. Очень скоро после этого К.Андерсен открыл другую элементарную частицу — положительный электрон. Позитрон обеспечил необходимую симметрию положительным и отрицательным во взаимоотношениях частиц. Оказалось, что взаимоотноше­ния нейтрона и протона отнюдь не являются простыми. И если раньше полагалось, что ядро состоит из протонов и электронов, то теперь было обнаружено, что значительно правильнее будет сказать, что оно состоит из протонов и нейтронов, связанных вместе мощными силами, которые Юкава приписал в 1935 году гипотетической промежуточ­ной частице — мезону. Здесь мы видим пример элемен­тарной частицы, которая сначала была предсказана теоре­тически, а затем, в 1936 году, фактически наблюдалась К. Андерсоном⁷² и Неддермейером⁷³.

Действие нейтронов на различные ядра было изучено за короткий промежуток времени в 6 лет, с 1932 по 1938 год. То были годы, когда наука вообще и физика в особеннос­ти все больше чувствовала на себе влияние событий, при­водящих ко второй мировой войне.

Решающее открытие принадлежало Жолио Кюри⁷⁴, ко­торый нашел, что почти все атомы, подвергнутые бомбар­дировке нейтронами, сами становятся радиоактивными. Логическое следствие этого открытия было огромным. Знание атомных превращений могло быть использовано для объяснения того, каким образом возникли элементы.

Этой концепцией воспользовались Гамов⁷⁵ и Бете⁷⁸ для выявления источника солнечной энергии. Таким источни­ком является соединение четырех атомов водорода, в ре­зультате чего образуется один атом гелия. Было уже со­вершенно очевидно, что источником большей части энергии Вселенной служат ядерные процессы. В 1936 году Ферми⁷⁷ подверг бомбардировке нейтронами тяжелые элементы и заявил, что получил ряд элементов с большим весом, чем у любых других элементов, найденных в природе.

Вплоть до 1937 года все имевшие место радиоактив­ные изменения заключались в том, что маленькие части­цы либо присоединялись к ядру, либо выбрасывались из него. Наиболее крупным из выброшенных осколков была -частица, содержащая два протона и два нейтрона. Одна­ко в 1937 году Ган⁷⁸ и Штрассман⁷⁹ нашли, что некоторые из продуктов, полученных в результате облучения урана нейтронами, имели в общем массу, составляющую чуть ли не половину массы атома урана. Было ясно, что имеет место деление ядра.

Тяжелые ядра могут содержать значительно большее число нейтронов по отношению к числу протонов, чем легкие ядра. Когда атом урана расщепляется, он по необ­ходимости освобождал несколько нейтронов. Ну а стоило только понять это (что произошло в 1938 году, главным образом благодаря работам Жолио Кюри), как возмож­ность массовых превращений атомов стала реальностью. Здесь мы имеем цепную реакцию, или своего рода явление лавинообразного нарастания. Если дать этому процессу воз­можность продолжаться бесконечно, то получится взрыв; если управлять им, то результатом его явится вырабаты­вающий энергию ядерный реактор.

То, каким образом создавалась, испытывалась и была использована атомная бомба, составляет часть мировой истории, а не просто истории науки. Военные и политичес­кие последствия создания ядерного оружия и контроли­руемого производства атомной энергии огромны. Здесь до­статочно отметить, что в техническом отношении производ­ство атомной энергии представляет собой новый крупный скачок вперед в установлении господства человека над силами природы.

Ядерная энергия может получаться не только путем де­ления ядра атома, но и путем синтеза или, другими словами, для получения такой энергии необходимо изготавливать медленно горящие водородные бомбы. Соответствующие исследования были начаты в СССР И.В. Курчатовым и про­должены его учениками. В Институте ядерной энергии им. И.В. Курчатова под руководством Л.А. Арцимовича были разработаны установки типа токамак. Название «токамак» произошло от сокращения слов «тороидальная камера с маг­нитным полем». Создателям этих установок пришлось ре­шать очень трудные задачи. Прежде всего нужно разогреть дейтерий-тритиевую плазму до температуры порядка 100 млн. градусов и длительно удерживать ее в этом состоянии.

В установке токамак нагревание плазмы до столь вы­сокой температуры достигается за счет протекания через плазму электрического тока очень большой силы — по­рядка сотен тысяч ампер. Вследствие электрического со­противления плазмы образуется «джоулево» тепло, за счет которого происходит нагрев плазмы.

Еще более сложной задачей является сохранение (удер­жание) плазмы. Не может быть и речи, конечно, о сопри­косновении плазмы со стенкой — на свете нет такого материала, который бы остался цел (не испарился) после со­прикосновения. В токамаках удержание плазмы произво­дится с помощью магнитного поля, так как плазму составляют частицы, имеющие электрический заряд, - ядра атомов и электроны.

После открытия электрона, протона, фотона и, наконец, в 1932 году нейтрона было установлено существование большого числа новых элементарных частиц. В том чис­ле:

позитрон, о котором мы уже упоминали как об антича­стице электрона; мезоны — нестабильные микрочастицы;

различного рода гипероны — нестабильные микрочастицы с массами больше массы нейтрона;

частицы резонансы, име­ющие крайне короткое время жизни (порядка 10^-22-10^-24 с);

 нейтрино — стабильная, не имеющая электрического заря­да частица, обладающая почти невероятной проницаемос­тью;

антинейтрино — античастица нейтрино, отличающа­яся от нейтрино знаком лептонного заряда, и др.

В характеристике элементарных частиц существует еще одно важное представление — взаимодействие. Раз­личают четыре вида взаимодействия.

Сильное взаимодействие  (короткодействующее, радиус действия около 10^-13см) связывает между собой нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре; именно по этой причине ядра атомов являются весьма устойчивыми, их трудно разрушить.

Электромагнитное взаимодействие (дальнодействующее, радиус действия не ограничен) определяет взаимодействие между электронами и ядрами атомов или молекул; взаимо­действующие частицы имеют электрические заряды; про­является в химических связях, силах упругости, трения.

Слабое взаимодействие (короткодействующее, радиус действия меньше 10^-15см), в котором участвуют все эле­ментарные частицы, обусловливает взаимодействие нейт­рино с веществом.

Гравитационное взаимодействие — самое слабое, не учитывается в теории элементарных частиц; распростра­няется на все виды материи; имеет решающее значение, когда речь идет об очень больших массах.

Элементарные частицы обычно разделяют на следую­щие классы:

1.Фотоны — кванты электромагнитного поля, части­цы с нулевой массой покоя, не имеют сильного и слабого взаимодействия, но участвуют в электромагнитном.

2. Лептоны (от греч. leptos— легкий), к числу кото­рых относятся электроны, нейтрино; все они не обладают сильным взаимодействием, но участвуют в слабом взаимодействии, а имеющие электрический заряд — также и в электромагнитном взаимодействии.

3. Мезоны — сильно взаимодействующие нестабиль­ные, как уже говорилось, частицы.

4. Барионы (от греч. berys— тяжелый), в состав кото­рых входят нуклоны, - нестабильные частицы с массами, большими массы нейтрона, гипероны, многие из резонансов.

Сначала, особенно когда число известных элементар­ных частиц ограничивалось электроном, нейтроном и про­тоном, господствовала точка зрения, что атом состоит из этих элементарных кирпичиков. А дальнейшая задача в исследовании структуры вещества заключается в том, что­бы разыскивать новые, еще не известные «кирпичики», из которых состоит атом, и в определении того, не являются ли эти «кирпичики» (или некоторые из них) самыми сложными частицами, построенными из еще более тонких «кирпичиков».

При таком подходе к делу было логичным считать элементарными только те частицы, которые не могут быть разделены на более мелкие или которые мы пока не мо­жем разделить. Смотря так на структуру материи, моле­кулу и атом нельзя было считать элементарными части­цами, так как молекула состоит из атомов, а атомы — из электронов, протонов и нейтронов.

Однако действительная картина строения вещества ока­залась еще более сложной, чем можно было предполагать. Оказалось, что элементарные частицы могут претерпевать взаимные превращения, в результате которых некоторые из них исчезают, а некоторые появляются. Нестабильные мик­рочастицы распадаются на другие, более стабильные, но это вовсе не значит, что первые состоят из вторых. Поэтому в настоящее время под элементарными частицами понимают такие «кирпичики» Вселенной, из которых можно постро­ить все, что нам известно в природе.

Приблизительно в 1963-1964 годах появилась гипоте­за о существовании кварков — частиц, из которых состоят барионы и мезоны, являющиеся сильно взаимодействую­щими и по этому свойству объединенными общим назва­нием адронов. Кварки имеют весьма необычные свойства: они обладают дробными электрическими зарядами, что не характерно какой-либо микрочастице, и, по-видимому, не могут существовать в свободном, не связанном виде. Число

различных кварков, отличающихся друг от друга величи­ной и знаком электрического заряда и некоторыми дру­гими признаками, достигает уже нескольких десятков.

В заключение необходимо сказать о большом значении для изучения микроструктуры вещества ускорителей за­ряженных частиц (электронов, протонов, атомных ядер), используемых для получения частиц высоких энергий, с помощью которых удается проследить процессы, происхо­дящие с элементарными частицами. Ускоряемые частицы движутся в вакуумной камере, а управление их движени­ем производится чаще всего с помощью магнитного поля.

Основные положения современной атомистики могут быть сформулированы следующим образом:

1.Атом является сложной материальной структурой,
представляет собой мельчайшую частицу химического
элемента.

2. У каждого элемента существуют разновидности ато­мов (содержащиеся в природных объектах или искусствен­но синтезированные).

3. Атомы одного элемента могут превращаться в атомы другого; эти процессы осуществляются либо самопроизволь­но (естественные радиоактивные превращения), либо ис­кусственным путем (посредством различных ядерных ре­акций).

Перечисленные три положения современной атомисти­ки практически охватывают основное ее содержание.

Надо отметить, что привычное понятие «атом», вообще говоря, выглядит анахронизмом, ибо представление об его «неизменности», «неделимости» уже давно опровергнуто. Делимость атома есть твердо установленный факт, и она определяется не только тем, что атом может быть «разъят» на составные части — ядро и электронное окружение, но и тем, что индивидуальность атома претерпевает изменение результатов разнообразных ядерных процессов.

Астрофизика

Открытия спектроскопии в XIX веке положили нача­ло изучению внутренней структуры небесных тел на осно­ве исследования излучаемого ими света. К XX веку аст-

 

 

этому если даже мы сумеем смоделировать работу мозга, неизбежно встает вопрос: какую программу в этот искусст­венный мозг надо закладывать? Если программа задается человеком, то искусственный интеллект — это просто ору­дие для усиления человеческого мышления. Так, бинокль усиливает возможности наших глаз, но он не может видеть. Если искусственный интеллект сам создает себе програм­мы, т. е. воспроизводит одну из важнейших функций интел­лекта — творчество, тогда возникает проблема цели, «ради чего»? Цели человеческой деятельности и мышления задает общество, в котором живет человек. Следовательно, искус­ственный интеллект необходимо «социализировать», ввес­ти в социум, сделать его реальным членом общества, наде­лить чувствами, эмоциями, волей. Но где гарантии, что цели искусственного интеллекта и цели общества совпадут? Все эти вопросы показывают, что проблема искусственного ин­теллекта — это не только техническая проблема, но и про­блема философская, гуманитарная. Для ее решения необхо­димо объединить усилия ученых различных направлений.

Химия

Химия — наука, теснейшим образом связанная с фи­зикой. Она рассматривает главным образом превращения веществ, изучает элементы (простейшие вещества, образу­емые одинаковыми атомами) и сложные вещества, состо­ящие из молекул (сочетаний различных атомов).

Во второй половине XVIII и начале XIX века в работах ученых преобладало изучение и описание свойств химичес­ких элементов и их соединений. Кислородная теория Лаву­азье (1743-1794) и атомная теория Дальтона (1766-1844) заложили основы теоретической химии. Открытия, выз­ванные атомно-молекулярным учением, начали играть существенную роль в производственной практике.

Атомистические представления о строении вещества породили много теоретических проблем. Необходимо было выяснить, что происходит с атомами, образующими моле­кулярные структуры? Сохраняют ли атомы свои свойства в составе молекул и как они взаимодействуют друг с дру­гом? Действительно ли атом прост и неделим? Эти и дру­гие вопросы необходимо было решить.

 Без атомной теории нельзя было создать учение об ионах, а без понимания ионного состояния материи нельзя было разрабатывать теорию электролитической диссоци­ации, а без нее — понять истинный смысл аналитических реакций, а затем понять роль иона как комплексообразователя и т. д.

Разработка проблем органической химии привела к созданию учения о замещении, теории типов, учения о го­мологии и валентности. Открытие изомерии выдвинуло важнейшую задачу — изучить зависимость физико-хими­ческих свойств соединений от их состава и строения. Ис­следования изомеров наглядно показали, что физические и химические свойства веществ зависят не только от рас­положения атомов в молекулах.

К середине XIX века на основе учения о химическом соединении и химических элементах, на базе атомно-молекулярной теории оказалось возможным создать теорию химического строения и открыть периодический закон химических элементов. Во второй половине XIX века про­исходит постепенное превращение химии из описательной науки, изучающей химические элементы, состав и свойства их соединений, в теоретическую науку, исследующую при­чины и механизм превращения веществ. Стало возмож­ным управлять химическим процессом, преобразовывая вещества, природные и синтетические, в полезные продук­ты. К концу XIX века были получены и изучены десятки тысяч новых органических и неорганических веществ. Открыты фундаментальные законы и созданы обобщающие теории. Достижения химической науки внедрялись в про­мышленность. Были построены и хорошо оборудованы химические лаборатории и физико-химические институты.

Химия принадлежит к той категории наук, которые своими практическими успехами способствовали повыше­нию благосостояния человечества. В настоящее время развитие химии имеет ряд характерных черт. Во-первых, это размывание границ между основными разделами химии. Например, ныне можно назвать тысячи соединений, которые нельзя однозначно причислить к органическим или неорга­ническим. Во-вторых, развитие исследований на стыке физи­ки и химии породило большое число специфических работ, которые в итоге сформировались в самостоятельные научные дисциплины. Достаточно назвать, например, термохимию, электрохимию, радиохимию и т. д. В то же время «расщеп­ление» химии шло и по объектам исследования. На этом направлении возникли дисциплины, изучающие:

- отдельные совокупности химических элементов (хи­мия легких элементов, редкоземельных элементов).

-  отдельные элементы (например, химия фтора, фос­фора и кремния).

- отдельные классы соединений (химия гидридов, полупроводников).

-  химия особых групп соединений, куда относится элементарная и координационная химия.

В-третьих, для химии партнерами для интеграции яви­лась биология, геология, космология, что привело к рожде­нию биохимии, геохимии и т. д. Произошел процесс «гиб­ридизации».

Одной из важных задач современной химии является предсказание условий синтеза веществ с заранее заданны­ми свойствами и определение их физических и химичес­ких параметров.

Охарактеризуем основные направления современной химии. Химию принято подразделять на пять разделов: неорганическая, органическая, физическая, аналитическая и химия высокомолекулярных соединений.

Основными задачами неорганической химии являют­ся: изучение строения соединений, установление связи строения со свойствами и реакционной способностью. Так­же разрабатываются методы синтеза и глубокой очистки веществ. Большое внимание уделяется кинетике и меха­низму неорганических реакций, их каталитическому уско­рению и замедлению. Для синтезов все чаще применяют методы физического воздействия: сверхвысокие темпера­туры и давления, ионизирующее излучение, ультразвук, магнитные поля. Многие процессы проходят в условиях горения или низкотемпературной плазмы. Химические реакции часто сочетают с получением волокнистых, слои­стых и монокристаллических материалов, с изготовлением электронных схем.

Неорганические соединения применяются как конст­рукционные материалы для всех отраслей промышленнос­ти, включая космическую технику, как удобрение и кормовые добавки, ядерное и ракетное топливо, фармацевтичес­кие материалы.

Органическая химия — наиболее крупный раздел хи­мической науки. Если число известных неорганических веществ насчитывает около 5 тыс., то еще в начале 80-х было известно более 4 млн органических веществ. Обще­признано огромное значение химии полимеров. Так, еще в 1910 году С.В. Лебедев разработал промышленный способ получения бутадиена, а из него каучука.

В 1936 году У. Карозерс синтезирует «найлон», открыв новый тип синтетических полимеров — полиамиды. В 1938 году Р. Планкет случайно открывает тефлон, со­здавший эпоху синтеза фторполимеров с уникальной тер­мостабильностью, создаются «вечные» смазочные масла (пластмассы и эластомеры), широко используемые косми­ческой и реактивной техникой, химической и электротех­нической промышленностью. Благодаря этим и многим другим открытиям из органической химии выросла хи­мия высокомолекулярных соединений (или полимеров).

Начавшиеся в 30—40-е годы широкие исследования фосфорорганических соединений (А.Е. Арбузов) привели к открытию новых типов физиологически активных со­единений — лекарственных препаратов, отравляющих ве­ществ, средств защиты растений и др.

Химия красителей практически дала начало химической индустрии. Например, химия ароматических и гетероцикли­ческих соединений создала первую отрасль химической про­мышленности, продукция которой ныне превосходит 1 млрд. тонн, и породила новые отрасли — производство душистых и лекарственных веществ.

Проникновение органической химии в смежные обла­сти — биохимию, биологию, медицину, сельское хозяй­ство — привело к изучению свойств, установлению струк­туры и синтезу витаминов, белков, нуклеиновых кислот, ан­тибиотиков, новых ростовых средств и средств борьбы с вредителями.

Ощутимые результаты дает применение математичес­кого моделирования. Если нахождение какого-либо фар­мацевтического препарата или инсектицида требовало синтеза 10-20 тыс. веществ, то с помощью математическо­го моделирования выбор делается лишь в результате син­теза нескольких десятков соединений.

Роль органической химии в биохимии трудно переоце­нить. Так, в 1963 году В. Виньо синтезировал инсулин, так­же были синтезированы окситоцин (пептидный гормон), вазопрессин (гормон обладает антидиуретическим дей­ствием), брадикикин (обладает сосудорасширяющим дей­ствием). Разработаны полуавтоматические методы синтеза полипептидов (Р. Мерифилд, 1962).

Вершиной достижений органической химии в генной инженерии явился первый синтез активного гена  (X. Ко­рана, 1976).  В 1977 году синтезирован ген, кодирующий синтез человеческого инсулина, а в 1978-м — ген соматостатина (способен угнетать секрецию инсулина, пептидный гормон).

Физическая химия объясняет химические явления и устанавливает их общие закономерности. Физическая химия последних десятилетий характеризуется следующи­ми чертами. В результате развития квантовой химии (ис­пользует идеи и методы квантовой физики для объясне­ния химических явлений) многие проблемы химическо­го строения веществ и механизма реакций решаются на основании теоретических расчетов. Наряду с этим широ­ко используются физические методы исследования — рентгеноструктурный анализ, дифракция электронов, спектроскопия, методы, основанные на применении изото­пов и др.

Аналитическая химия рассматривает принципы и ме­тоды изучения химического состава вещества. Включает количественный и качественный анализ. Современные методы аналитической химии связаны с необходимостью получения полупроводниковых и других материалов вы­сокой частоты. Для решения этих задач были разработа­ны чувствительные методы: активационный анализ, хими­ко-спектральный анализ и др.

Активационный анализ основан на измерении энергии излучения и периодов полураспада радиоактивных изото­пов, образующихся в исследуемом веществе при облучении его ядерными частицами.

Химико-спектральный анализ состоит в предваритель­ном выделении определяемых элементов из пробы и в получении их концентрата, который анализируют метода­ми эмиссионного спектрального анализа (метод элементного анализа по атомным спектрам испускания). Эти методы позволяют определить 10^-7 – 10^-8 % примесей.

Термодинамическое