Современная естественнонаучная картина мира (химия)

Химия - это естественная наука, изучающая химические превращения материи и исследующая условия, при которых эти превращения происходят. Химия занимается так же физическими явлениями природы, сопровождающими химические изменения материи. Эти изменения или превращения материи происходят в результате химических взаимодействий.

Выделяют по меньшей мере три качественно различных уровней частиц: атомный уровень; надмолекулярный уровень; молекулярный уровень. Надмолекулярный уровень имеет подуровни: коллоидные образования (мицеллы), молекулярные комплексы и макромолекулы полимеров.

В современной химии постепенно оформились самостоятельные области химической науки: неорганическая химия, органическая химия, физическая химия, аналитическая химия, коллоидная химия и другие ответвления науки.

Существуют физические и химические изменения вещества.

Физическим изменением называют такое, при котором внутреннее строение, состав и свойства вещества не подвергаются изменению. Химическими изменениями называют такие, когда в результате химической реакции (взаимодействие не менее двух веществ) происходит изменение не только физических свойств реагирующих веществ, но меняется их химический состав и структура.

Химические процессы подчиняются всеобщим законам природы: 1. закон сохранения массы вещества, 2. закон сохранения энергии. Закон сохранения массы в химических процессах можно сформулировать так: "Сумма масс исходных веществ равна сумме масс продуктов химической реакции". Закон сохранения энергии действует во всех случаях и повсюду, где одна форма энергии переходит в другую.

Специфическим видом энергии является химическая энергия, которая освобождается или расходуется при каждой химической реакции. Химическую энергию, как любой вид энергии, можно превратить: в механическую (использование взрывчатых веществ), тепловую (сжигание топлива), электрическую (гальванические элементы), энергию синтеза радиоактивных изотопов.

Различают химические реакции с выделением тепла (экзотермические) и с поглощением тепла (эндотермические).

Атомы элементов не меняются в результате химического процесса за исключением ядерных реакций. Молекулы при любой химической реакции изменяются.

Число протонов в атоме равно его атомному номеру, а общая масса входящих в его состав субатомных частиц определяет его атомную массу.

Простейший из атомов - водород - состоит из 1 протона и 1 электрона.

Таким образом, под элементом понимают совокупность атомов, имеющих одинаковое число протонов в ядрах.

Явления превращения веществ, при которых не происходит изменения состава ядер атомов, называются химическими реакциями. Сами реакции, их направление, протекание, скорость изучаются химической термодинамикой, электрохимией, химической кинетикой.

В химические реакции вступают вещества, обладающие достаточной энергией активации. Для активации химических частиц - увеличивают температуру, благодаря чему увеличивается скорость реакции. По признаку выделения или поглощения теплоты реакции разделяют на экзотермические и эндотермические.

По признаку изменения числа исходных и конечных веществ реакции подразделяют на следующие типы: соединения, разложения, замещения и обмена.

По признаку обратимости реакции делят на обратимые и необратимые. По признаку изменения степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, различают реакции, протекающие без изменения степени окисления атомов, и окислительно-восстановительные реакции.

Направление и скорость реакции также зависит от множества факторов, в том числе от таких, как температура, давление, использование катализаторов и ингибиторов.

С развитием химии связаны проблемы загрязнения окружающей среды (атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы в целом).

Пути решения проблем развития химии: комплексное использование сырья и энергии; совершенствование химических технологий с учетом требований экологической безопасности; применение малоотходных и безотходных технологий; совершенствование систем и средств очистки и так далее.

Современную химию отличает тесная взаимосвязь с другими науками, особенно с физикой, биологией и многими техническими дисциплинами. В результате выделяются на стыке наук новые дисциплины, например: электрохимия, физическая химия, химическая термодинамика, коллоидная химия и биохимия.

Проблемы биохимии можно свести к двум основным: во-первых, каким образом клетки живого организма вырабатывают энергию, необходимую для поддержания его жизнедеятельности; и во-вторых, каким образом действуют вещества, получившие название ферментов, которые служат катализаторами во многих химических реакциях.

К новым специальным областям химии относятся радиационная химия (наука о воздействии радиоактивного излучения на химические реакции), плазмохимия (химия сверхвысоких температур), лазерная химия (теснейшим образом связанная с физикой, использующая ее методы).

Химия сегодня - это высокоразвитая наука, которая включает в себя сотни научных направлений и тысячи научных школ. Ей известны миллионы органических и неорганических соединений и множество современных научных методов для их изучения.