Учебное пособие для модульно-рейтинговой технологии обучения Бийск

Некоторые важные черты и итоги алхимической эпохи.

1. Трансмутация была основной целью большинства алхимиков. Однако Ибн-Сина считал ее невозможной, а Теофраст Парацельс не видел в ней главной задачи. (В конце XVII в. в возможность трансмутации верил Р. Бойль, и И. Ньютон искал рецепт получения золота.)

2. Идеологической основой алхимии было древнегреческое учение о четырех элементах-стихиях (земля, вода, огонь, воздух). Согласно представлениям арабских алхимиков, всевозможные вещества можно было также представить как разные комбинации трех элементов-принципов (ртуть, сера, соль); считалось, что в результате взаимодействия этих элементов можно получить даже золото, при этом не исключалось и существование элементов-стихий. Альберт Великий укрепил авторитет Аристотеля, учению которого следовал и Теофраст Парацельс.

3. Важную роль играли мистические аспекты (например, семь металлов – семь планет). Преобладали туманные, зашифрованные тексты.

4. В алхимии родился химический эксперимент (прописи, методика опытов, лабораторное оборудование). Алхимики накопили множество конкретных химических знаний. (Натурфилософы лишь пассивно наблюдали мир.) Последние алхимики часто вплотную обращались к задачам практики (Ибн-Сина, Г. Агрикола, Т. Парацельс, И. Глаубер).

2.4.3 Становление химии как науки (XVIXVIII вв.)

Возникновение современной европейской науки, поворот от алхимии к «настоящей» химии начался в XVI веке. В это время в Западной Европе прошла череда тесно связанных революций. Религиозная революция − Реформация − дала новое толкование богоугодности земных дел. Научная революция создала новую, механическую картину мира. В ходе промышленной революции возникли фабрики. Социальная революция разрушила феодальное общество и привела к становлению буржуазного общества.

Первое научное определение химического элемента, когда еще не было открыто ни одного из них, сформулировал английский химик и физик Р. Бойль (рисунок 2.5).Он заложил основы рационализма и экспериментального метода.

Рисунок 2.5 − Роберт Бойль

Наука химия родилась одновременно с первой научной химической теорией – в 1697 году немецкий химик Георг Эрнст Шталь (1659−1734) опубликовал работу «Основания зимотехники или общая теория брожения», где впервые было изложено учение о флогистоне. Флогистон (от греческого «флогистос» − воспламеняющийся), по мнению Шталя, – составная часть всех горючих тел, выделяющаяся при горении и обжиге. Роль воздуха заключалась во «вбирании» флогистона; листья растений «всасывали» флогистон из воздуха, а при горении древесины он снова выделялся.

От­крытие французским химиком А. Л. Лавуазье(рисунок 2.6) кислорода и уста­новление его роли в образовании различных химических со­единений позволило отказаться от прежних представлений об «огненной материи» (флогистоне). А.Л. Лавуазье впервые системати­зировал химические элементы на базе имевшихся в XVIII в. знаний. Эта систематизация оказалась ошибочной и в даль­нейшем была усовершенствована Д.И. Менделеевым. Система А.Л. Лавуазье определяла место элемента по атомной массе.

Рисунок 2.6 − Антуан Лоран Лавуазье

Надо отметить особую роль Михаила Васильевича Ломоносова (рисунок 2.7), который на основании опытов по обжигу открыл закон сохранения массы в химических реакциях и смог дать правильное объяснение процессов горения.

Рисунок 2.7 − Михаил Васильевич Ломоносов

Первым был открыт химический элемент фосфор в 1669 г., потом кобальт в 1735 г. До конца XVIII в. список химических элементов пополнило еще полтора десятка названий: никель, фтор, хлор. Были открыты важнейшие неорганические соединения: сероводород, оксиды азота, некоторые соли. Из природных продуктов удалось выделить несколько органических веществ.

2.4.4 Бурное развитие химии в XIX веке

К началу XIX в. в химии стали использоваться количественные характеристики. Были сформулированы законы постоянства состава (Ж. Пруст, рисунок 2.8) и объемных отношений (Ж. Гей-Люссак) в химических реакциях.

В первые годы XIX в. английский химик и физик Джон Дальтон сформулировал принципы химической атомистики. Он убедил современников в существовании атомов и ввел понятия атомного веса.

В XIX веке произошло разделение химии на неорганическую, органическую, аналитическую и физическую.

Рисунок 2.8 − Жозеф Пруст

Главным достижением неорганической химии было открытие большого числа химических элементов и их соединений. К концу 60-х годов было известно 63 элемента. Это обстоятельство стало одной из предпосылок открытия Дмитрием Ивановичем Менделеевым (рисунок 2.9) периодического закона и Периодической системы химических элементов.

Рисунок 2.9 − Дмитрий Иванович Менделеев

В аналитической химии качественные и количественные методы анализа стали приводиться в определенную систему. Появилась схема анализа катионов металлов.

Были изучены многочисленные вещества животного и растительного происхождения. Еще в 1857 г. немецкий химик Ф.А. Кекуле (рисунок 2.10)показал, что углерод четы­рехвалентен, и это дает возможность присоединить к нему до четырех элементов одновалентного водорода. Азот может присоединить до трех одновалентных элементов, кислород до двух. Эта схема Кекуле натолкнула исследователей на понима­ние механизма получения новых химических соединений.

Рисунок 2.10 − Август Кекуле

В этот период была разработана классификация органических веществ и теория их химического строения Александром Михайловичем Бутлеровым (рисунок 2.11).

Рисунок 2.11 − Александр Михайлович Бутлеров

Так возникла структурная химия, которая представляет собой уровень развития химических знаний, на котором доминирует понятие «струк­тура», т.е. структура молекулы, макромолекулы, монокристалла. Структура – это устойчивая упорядоченность качественно не­изменной системы, каковой является молекула.

С возникновением структурной химии у химической науки появились неизвестные ранее возможности целенаправленного качественного влияния на преобразование вещества.

В XIX веке началось формирование физической химии. В первую очередь становились такие разделы, как электрохимия, термохимия и фотохимия.

Основные достижения химии в XIX веке:

− химическая концепция атомов;

− классическая теория химического строения;

− органический синтез;

− периодический закон;

− основы физической химии;

− прикладная неорганическая химия.

2.4.5 Учение о химических процессах (конец XIX−начало XX вв.)

Химические процессы представляют собой сложнейшие явления 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 трудноуправляема, поскольку они самопроизвольно созда­ют массу побочных продуктов. Для управления химическими процессами разработаны термодинамический и кинетический методы.

Все проблемы, связанные с такими сложными процессами, как, например, получение аммиака, решает химическая кинетика. Она устанавливает зависимость химических реакций от различных факторов: от строения и концентрации реагентов, наличия ката­лизаторов, от материала и конструкции реакторов и т.д.

Реакция получения аммиака проста по составу элементов и своей структуре. Однако на протяжении целого столетия с 1813 по 1913 гг. химики не могли ее провести в законченном виде, так как не были известны средства управления ею. Она стала осуществима только после открытия соответствующих законов нидерландским и французским физиками-химиками Я.Х. Вант-Гофом (рисунок 2.12) иА.Л. Ле-Шателье (рисунок 2.13).Было установлено, что «синтез аммиака происходит на поверхности твердого катализатора при сдвиге равновесия за счет высоких давлений».

Рисунок 2.12 − Якоб Хендрик Вант-Гофф

Рисунок 2.13 − Анри Ле Шателье

Многочисленные законы, открытые в различных физико-химических исследованиях, дали начало развитию современной химии.

2.4.6 Основные черты современной химии. Эволюционная

химия (XX в.−начало XXI в.)

В XX веке во всем мире создается мощная химическая промышленность. Производится огромное количество удобрений, лаков, красок, пластмасс, резины, смол, искусственных волокон, взрывчатых веществ, полупроводников и т.д.

Химики давно пытались понять, каким образом из неорганической безжизненной материи возникает органическая как основа жизни на Земле. Какая лаборатория лежит в основе этого процесса − лаборатория, в которой без участия человека получаются новые химические соединения, более сложные, чем исходные вещества.

Й. Я. Берцелиус первым установил, что основой живого является биокатализ, т.е. присутствие различных природных веществ в химической реакции, способных управлять ею, замедляя или ускоряя ее протекание. Эти катализаторы в живых системах определены самой природой, что и служит идеалом для многих химиков. Идеалом совершенства считали «живую лабораторию» немецкий ученый Ю. Либих, француз П.Э.М. Вертело и другие ученые.

Современные химики считают, что на основе изучения химии организмов можно будет создать новое управление химическими процессами, а это позволит более экономично использовать имеющиеся в природе материалы и извлекать из них большую пользу. Для решения проблемы биокатализа и использования его результатов в промышленных масштабах химическая наука разработала ряд методов: изучение и использование приемов живой природы, применение отдельных ферментов для моделирования биокатализаторов, освоение механизмов живой природы, развитие исследований с целью применения принципов биокатализа в химических процессах и химической технологии.

В 1969 г. появилась общая теория химической эволюции и биогенеза, выдвинутая ранее в самых общих положениях профессором Московского университета А.П. Руденко.

Открытый А.П. Руденко основной закон химической эволюции гласит, что эволюционные изменения катализатора происходят в том направлении, где проявляется его максимальная активность. Саморазвитие, самоорганизация и самоусложнение каталитических систем происходят за счет энергии базисной реакции. Поэтому эволюционируют каталитические системы с большей энергией. Такие системы разрушают химическое равновесие и в результате являются инструментом отбора наиболее устойчивых эволюционных изменений в катализаторе.

Химики стремятся открыть секреты природы. Как она из ограниченного количества химических элементов и химических соединений образовала сложнейший высокоорганизованный комплекс − биосистему? Ответ на этот вопрос может дать возможность из имеющихся в избытке химических продуктов получать необходимые, дефицитные, например, из загрязняющего атмосферу углекислого газа − сахар и т.д.

Набирает теоретический и практический потенциал новейшее направление, расширяющее представление об эволюции химических систем − нестационарная кинетика.На ее основе разрабатывается теория управления нестационарными процессами. Уже наработанные в этой области эмпирические материалы приводят исследователей к выводу, что стационарность режима катализаторов является лишь частным случаем нестационарности. Появляются сведения о том, что нестационарные режимы создаются искусственно и способствуют интенсификации реакций в катализаторах.

Развитие химических знаний позволяет надеяться на разрешение многих проблем, которые встали перед человечеством в результате его наукоемкой и энергоемкой практической деятельности. Предполагается значительное ускорение химических превращений за счет освоения катализаторов будущего на принципиально новой основе, бережное и полное использование всех видов углеводородного сырья, а не только нефти, создание полностью безотходных производств.

Химическая наука уже имеет предпосылки для получения водорода из воды как самого высокоэффективного и экологически чистого топлива, для организации промышленного производства по получению широкого спектра органических продуктов из углекислого газа, а также для промышленного производства различных материалов, где вместо углеводорода будут использоваться фторуглероды. Химическая наука ставит своей целью создание самых экономичных и экологически чистых производств и уже имеет для этого определенный потенциал.

Средневековый «эликсир долголетия» волнует химиков и врачей и теперь. Ученые уже открыли «ген старения» и ищут способы воздействия на него. Скоро может наступить время, когда продолжительность жизни человека может быть значительно продлена. Как и в древние времена, одно из важнейших направлений современной химии − медицина. Создание новых лекарств, победа над многими неизлечимыми пока болезнями − все это станет реальностью в XXI веке.

Для того чтобы участвовать в этих событиях и понимать их, необходимо хорошо знать химию − древнюю и прекрасную науку...

Среди выдающихся ученых XX века можно назвать имена Лайнуса Полинга (рисунок 2.14), создавшего основы кристаллохимии, квантовой химии, теорию резонанса, метод валентных связей, получившего искусственные белки крови; Жана Мари Лена (рисунок 2.15) − основателя супрамолекулярной химии (химия ансамблей и межмолекулярных связей); Джеймса Уотсона, Френсиса Крика, открывших структуру молекулы ДНК.

Рисунок 2.14 − Лайнус Полинг

Рисунок 2.15 − Жан Мари Лен

Химическая наука на ее высшем эволюционном уровне углубляет представления о мире. Концепции эволюционной химии, в том числе о химической эволюции на Земле, о самоорганизации и самосовершенствовании химических процессов, о переходе от химической эволюции к биогенезу, являются убедительным аргументом, подтверждающим научное понимание происхождения жизни во Вселенной.

  1. Учебное пособие для модульно-рейтинговой технологии обучения Бийск (1)

    Учебное пособие
    В данном учебном пособии представлена система методической документации для модульно-рейтинговой технологии изучения раздела «Растворы. Дисперсные системы» курса «Химия», а также для изучения дисциплин, рабочие программы которых предусматривают
  2. Методические рекомендации к изучению дисциплины и к организации самостоятельной работы студентов для модульно-рейтинговой технологии обучения Бийск

    Методические рекомендации
    Основные процессы и аппараты химической технологии. В 2-х ч.: Часть 1. Теоретические основы процессов химической технологии: методические рекомендации к изучению дисциплины и к организации самостоятельной работы студентов для модульно-рейтинговой
  3. Методические рекомендации к курсовому проекту по процессам и аппаратам химических и пищевых технологий для студентов специальностей 240706, 260601, 240701, 240702, 260204, 240901 дневной, вечерней и заочной форм обучения

    Методические рекомендации
    Резанов К.Р. Общие требования к содержанию, организации выполнения и оформлению курсового проекта (работы) по курсам процессов и аппаратов химических и пищевых технологий: методические рекомендации к курсовому проекту по процессам
  4. Процессы и аппараты пищевых производств Бийск Издательство Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова 2010

    Документ
    Рекомендовано Сибирским региональным учебно-методическим центром высшего профессионального образования для межвузовского использования в качестве учебного пособия для студентов специальностей 240701 «Химическая технология органических соединений азота»,
  5. Самостоятельная работа студентов методические рекомендации по изучению дисциплины «Химия» для студентов, обучающихся по направлению подготовки 260106 всех форм обучения

    Самостоятельная работа
    Разработано в соответствии с Государственным образовательным стандартом ВПО для направления подготовки 260106 на основе рабочей программы дисциплины «Химия»
  6. Учебное пособие Для студентов высших педагогических учебных заведений Рекомендовано

    Учебное пособие
    В учебном пособии представлены современные теоретические подходы к процессу обучения, в том числе концепции развивающего и личностно-ориентированного обучения.
  7. Самостоятельная работа студентов методические рекомендации по выполнению самостоятельной работы и изучению дисциплины «Общая биология и микробиология» для студентов очной формы обучения специальности 240901 «Биотехнология»

    Самостоятельная работа
    Разработаны в соответствии с Государственными образовательными стандартами ВПО для направлений подготовки специальности 240901 «Биотехнология» на основе образовательного стандарта учебной дисциплины «Общая биология и микробиология».
  8. Методические рекомендации по выполнению самостоятельной работы и изучению дисциплины «Технология отрасли (пиво)» для студентов специальности 260204 «Технология бродильных производств и виноделие» очной формы обучения Бийск

    Методические рекомендации
    работы и изучению дисциплины «Технология отрасли (пиво)» для студентов специальности 260204 «Технология бродильных производств и виноделие» очной формы обучения
  9. Методические рекомендации по выполнению самостоятельной работы и изучению дисциплины «Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех специальностей дневной формы обучения Бийск

    Методические рекомендации
    Безопасность жизнедеятельности: методические рекомендации по выполнению самостоятельной работы и изучению дисциплины «Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех специальностей дневной формы обучения / А.

Другие похожие документы..