Химия

. Предмет и структура химии (далее Х)

— одна из отраслей естествознания, предметом изучения которой являются элементы (атомы), образуемые ими простые и сложные вещества (молекулы), их превращения и законы, которым подчиняются эти превращения. По определению Д. И. (1871), "химию в современном ее состоянии можно... назвать учением об элементах". (Происхождение слова "химия" выяснено не окончательно. Многие исследователи полагают, что оно происходит от старинного наименования Египта — Хемия (греч. Chemía, встречается у Плутарха), которое производится от "хем" или "хаме" — черный и означает "наука черной земли" (Египта), "египетская наука".)

Современная тесно связана как с др. науками, так и со всеми отраслями народного хозяйства. Качественная особенность формы движения материи и ее переходов в др. формы движения обусловливает разносторонность науки и ее связей с областями знания, изучающими и более низшие, и более высшие формы движения. Познание формы движения материи обогащает общее учение о развитии природы, эволюции вещества во Вселенной, содействует становлению целостной материалистической картины мира. Соприкосновение с др. науками порождает специфические области взаимного их проникновения. Так, области перехода между и физикой представлены физической химией и химической физикой. Между и биологией, и геологией возникли особые пограничные области — геохимия, биохимия, биогеохимия, молекулярная биология. Важнейшие законы формулируются на математическом языке, и теоретическая не может развиваться без математики. оказывала и оказывает влияние на развитие философии и сама испытывала и испытывает ее влияние.

Исторически сложились два основных раздела неорганическая химия, изучающая в первую очередь элементы и образуемые ими простые и сложные вещества (кроме соединений и органическая химия, предметом изучения которой являются соединения с др. элементами (органические вещества). До конца 18 в. термины "неорганическая и "органическая указывали лишь на то, из какого "царства" природы (минерального, растительного или животного) получались те или иные соединения. Начиная с 19 в. эти термины стали указывать на присутствие или отсутствие в данном веществе. Затем они приобрели новое, более широкое значение. Неорганическая соприкасается прежде всего с геохимией и далее с минералогией и геологией, т. е. с науками о неорганической природе. Органическая представляет отрасль которая изучает разнообразные соединения вплоть до сложнейших биополимерных веществ; через органическую и биоорганическую химию граничит с биохимией и далее с биологией, т. е. с совокупностью наук о живой природе. На стыке между неорганической и органической химией находится область элементоорганических соединений.

В постепенно сформировались представления о структурных уровнях организации вещества. Усложнение вещества, начиная от низшего, проходит ступени молекулярных, макромолекулярных, или высокомолекулярных, соединений (полимер), затем межмолекулярных (комплекс, клатрат, катенан), наконец, многообразных макроструктур ( мицелла) вплоть до неопределенных нестехиометрических образований. Постепенно сложились и обособились соответствующие дисциплины: комплексных соединений, полимеров, кристаллохимия, учения о дисперсных системах и поверхностных явлениях, сплавах и др.

Изучение объектов и явлений физическими методами, установление закономерностей превращений, исходя из общих принципов физики, лежит в основе физической химии. К этой области относится ряд в значительной мере самостоятельных дисциплин: термодинамика химическая, кинетика химическая, электрохимия, коллоидная химия, квантовая химия и учение о строении и свойствах молекул, ионов, радикалов, радиационная химия, фотохимия, учения о катализе, равновесиях, растворах и др. Самостоятельный характер приобрела аналитическая химия, методы которой широко применяются во всех областях и промышленности. В областях практического приложения возникли такие науки и научные дисциплины, как химическая технология с множеством ее отраслей, металлургия, агрохимия, медицинская судебная и др.

. Очерк исторического развития химии

Как область практической деятельности уходит корнями в глубокую древность (Египет, Индия, Китай и др. страны). Задолго до нашей эры человек познакомился с превращениями различных веществ и научился пользоваться ими для своих нужд. Одна из древнейших ветвей — металлургия. За 4—3 тыс. лет до н. э. начали выплавлять из руд, а позже изготовлять сплав меди с (бронзу). Во 2-м тысячелетии до н. э. научились получать из руд сыродутным процессом. За 1600 лет до н. э. начали применять для крашения тканей природную краску индиго, а несколько позже — пурпур и ализарин, а также приготовлять уксус, лекарства из растительных материалов и др. продукты, выработка которых связана с процессами. К истокам относятся альтернативные в то время учение и учение об элементах-стихиях древней натурфилософии.

В 3—4 вв. н. э. в Александрии зародилась алхимия, признававшая возможным превращение с помощью т. н. философского камня неблагородных металлов в благородные — в и Главным в этого периода было наблюдение отдельных свойств веществ и объяснение их с помощью субстанций (начал), якобы входящих в состав этих веществ.

Начиная с эпохи Возрождения в связи с развитием производства все большее значение в алхимии стало приобретать производственное и вообще практическое направление: металлургия, стеклоделие, изготовление керамики и красок (труды В. Бирингуччо, Г. Агриколы, Б. Палисси и др.). Возникло особое медицинское направление — ятрохимия (Т. Парацельс, Я. Б. ван Гельмонт и др.). Эти два направления характерны для этапа практической 16 — 1-й половины 17 вв., который непосредственно подвел к созданию как науки. В этот период были накоплены навыки экспериментальной работы и наблюдений в области в частности разработаны и усовершенствованы конструкции печей и лабораторных приборов, методы очистки веществ ( перегонка и др.), получены новые препараты. В начале 2-й половины 17 в. Р. Бойль доказал несостоятельность алхимических представлений, дал первое научное определение понятия элемента и тем самым впервые поднял на уровень науки. Процесс превращения в науку занял более ста лет и завершился открытиями А. Л. Лавуазье. Первая теория в — теория флогистона (в ее основе лежало признание особого гипотетического начала горючести — флогистона), хотя и была ошибочной, тем не менее обобщила широкий круг фактов, касавшихся горения и обжига металлов. Со 2-й половины 17 в. стал быстро развиваться анализ, сначала — качественный (начиная с Бойля), а с середины 18 в. — количественный (начиная с М. В. Ломоносова и Дж. Блэка).

В 1748 Ломоносов и позднее Лавуазье открыли закон сохранения веса (массы) веществ при реакциях. Созданием теории Лавуазье, по словам Ф. Энгельса, "... впервые поставил на ноги всю химию, которая в своей флогистонной форме стояла на голове" (Маркс К. и Энгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 24, с. 20). В конце 18 в. окончательно приобрела черты подлинной науки.

19 в. характеризуется развитием (см. Атомизм). учение в 17—18 вв. разрабатывалось преимущественно с сугубо абстрактной, механистической точки зрения. Но уже Ломоносов близко подошел к приложению гипотезы к задачам родилась из слияния старой натурфилософской идеи об с опытными аналитическими данными о количественном составе веществ. В течение первых двух третей 19 в. в сформировались два фундаментальных ее понятия — веса (см. Атомная масса) и валентности, или "атомности"; позднее (1869) была раскрыта связь между ними. В 1803 Дж. Дальтон вывел из идей кратных отношений закон, а затем (1804) подтвердил его экспериментально. На этой основе он разработал представление об весах и составил их первые таблицы, приняв за единицу соединительный вес ("пай") Однако значения весов элементов были еще весьма неточны, отчасти из-за несовершенства измерительных приборов, отчасти потому, что еще не было установлено правильное соотношение между понятиями и молекулы. Представление о молекуле и ее отличии от выдвинули А. Авогадро (1811) и А. Ампер (1814), но оно тогда не было принято химиками. И. Я. Берцелиус на большом экспериментальном материале подтвердил закон кратных отношений Дальтона, распространил его на органические соединения, опубликовал (1814) таблицу более точных, чем у Дальтона, весов 46 элементов и ввел новые знаки химические. Опираясь на первые данные о существовании связи между электрическими и процессами (см. Электрохимия), Берцелиус выдвинул "дуалистическую" теорию (1812—19), согласно которой взаимодействия обусловлены действием электрических сил, поскольку допускалось, что в каждом в любой группировке имеются два электрических полюса. Были сделаны попытки приложить эту теорию к органической а именно: к радикалов теории, согласно которой органические соединения также состоят из двух частей, причем одна часть является радикалом — группой которая ведет себя подобно отдельному и может без изменения переходить из одного соединения в другое. На смену дуалистической теории пришла унитарная (молекулярная) теория Ш. Ф. Жерара и, соответственно, на смену теории радикалов — типов теория. Теория типов отражала не строение вещества, а его превращения, впервые указывая на реакционную активность т. н. функциональных групп молекулы. Поэтому у одного вещества могло быть несколько различных "типических" формул. Сами же органические соединения рассматривались как продукты замещения др. или группами (остатками) в молекулах воды, и аммиака. Теория типов, в особенности введенное Жераром представление о гомологических рядах, сыграла положительную роль в классификации органических веществ и их превращений.

В 1852 Э. Франкленд, изучая металло-органические соединения, заложил основы учения о валентности. Он показал, что элементов обладают определенной "соединительной силой, удовлетворяясь одним и тем же числом присоединяющихся За единицу валентности была принята валентность Позднее Ф. А. Кекуле ввел понятие о соединениях типа метана; из этого следовало, что четырехвалентен; он же высказал предположение (1858), что могут соединяться в цепи. В том же году А. Купер впервые составил графические формулы органических соединений, исходя из того, что четырехвалентен. Однако Кекуле не сумел еще полностью преодолеть ограниченность "типических" воззрений. Это сделал А. М. Бутлеров (1861), создав химического строения теорию, согласно которой свойства вещества определяются составом и строением молекул, а реакционная способность зависит от того, в какой последовательности связаны в данной молекуле, а также от их взаимного влияния.

Первый международный конгресс химиков в Карлсруэ (1860) четко разграничил понятия молекулы, эквивалента; это способствовало дальнейшему развитию В 1859—61 она обогатилась весьма совершенным методом спектрального анализа, благодаря чему удалось обнаружить присутствие некоторых элементов в составе небесных тел; была установлена связь между физикой (оптикой), астрономией и
По мере открытия новых элементов все острее ощущалась необходимость их систематизации. В 1869 Д. И. Менделеев обнаружил их взаимную связь: он создал периодическую систему элементов и открыл лежащий в ее основе закон (периодический закон Менделеева). Это открытие явилось теоретическим синтезом всего предшествующего развития сопоставил физические и свойства всех известных тогда 63 элементов с их весами и раскрыл зависимость между двумя важнейшими количественно измеримыми свойствами на которых строилась вся — весом и валентностью ("формами соединений").

На основе периодической системы исправил ранее принятые значения весов многих элементов и предсказал ряд не открытых еще элементов, подробно описав предполагаемые свойства трех из них. Эти прогнозы, а вместе с ними и сам периодический закон вскоре получили блестящее опытное подтверждение. В дальнейшем периодический закон лег в основу развития и всего учения о веществе.

По мере прогресса физики и устанавливались основные понятия и законы, которые, с одной стороны, поставили на более высокую ступень обе эти науки, а с другой — послужили основой для становления физической химии, зарождение отдельных отраслей которой началось еще в конце 18 — 1-й половине 19 вв. В исследовании общих закономерностей, управляющих процессами, оказалась крайне заинтересованной и промышленность, достигшая значительных успехов к 80-м гг. 19 в.

Изучение тепловых эффектов процессов получило прочную основу после открытия Г. И. Гессом (1840) основного теплового закона процессов (см. Гесса закон). Во 2-й половине 19 в. большая работа по определению теплот реакций была проделана П. Э. М. Бертло, П. Ю. Томсеном, Н. Н. Бекетовым и др.; она завершилась к концу 19в. созданием одного из разделов физической — термохимии. С возникновением термодинамики и развитием термохимии в тесной связи с последней во 2-й половине 19 в. начинает развиваться термодинамика, изучающая энергетические эффекты, которыми сопровождаются процессы, самую возможность, направление и пределы таких процессов и др. термодинамические явления в физико- системах (труды Дж. Гиббса, Я. Вант-Гоффа, А. Ле Шателье и др.).

Успешно начатые Г. Дэви электрохим. исследования получили количественную завершенность в трудах М. Фарадея, открывшего (1833—34) законы электролиза. Со 2-й половины 19 в. началось изучение механизма прохождения электрического тока через растворы электролитов (работы Р. Клаузиуса, И. В. Гитторфа, Ф. Кольрауша и др.), которое привело к созданию С. Аррениусом теории электролитической диссоциации (1883—87). Согласно этой теории, электролиты в растворах распадаются на ионы. Приложение законов термодинамики к электрохимии позволило установить и причину возникновения эдс в гальванических цепях.

Одновременно развивалось учение о растворах, которое обогатилось результатами исследований Вант-Гоффа, посвященных разбавленным растворам; в этих трудах, выполненных в 1885—89, свойства растворенных веществ сопоставлялись со свойствами газов, а растворитель считался индифферентной средой. Согласно теории водных растворов разработанной в 1865—87, растворенное вещество и растворитель взаимодействуют между собой в растворе. не проводил резкой границы между взаимодействием и взаимодействием растворенного вещества и растворителя в растворе. Этот вывод получил дальнейшее развитие в работах Н. С. Курнакова и его школы по физико-химическому анализу.

Наблюдения над жидкими системами показали, что наряду с истинными растворами, в которых растворенные вещества находятся в виде отдельных молекул и ионов, существуют и такие, в которых "растворенное" вещество находится в виде агрегатов, состоящих из огромного числа молекул. Для таких систем Т. Грэм ввел (1861) название "коллоиды". Дальнейшее изучение дисперсных систем привело к созданию коллоидной химии.

Уже в начале 19 в. были получены первые сведения об ускорении реакций под действием небольших количеств некоторых веществ. Такие процессы Э. Мичерлих назвал контактными (1833), а Берцелиус — каталитическими (1835). С тех пор как было налажено каталитическое производство серной кислоты (60-е гг. 19 в.), интерес к таким процессам сильно возрос. К концу 19 в. учение о катализе и практическое использование катализаторов заняли важное место в С катализом теснейшим образом связана адсорбция, открытая Т. Е. Ловицем в 1785. В 1878 Гиббс установил основные законы поверхностных явлений, адсорбции и образования новых фаз.

Со 2-й половины 19 в. развивается учение о скоростях реакций и равновесии. Значение активной массы (концентрации) реагирующих веществ было отмечено еще в 1801—03 К. Бертолле. Последующая разработка вопросов, связанных с равновесием реакций, привела К. Гульдберга и П. Вааге к открытию (1864—67) действующих масс закона который лег в основу учения о скоростях реакций. Систематические работы Н. А. Меншуткина (с 1877) явились существенным вкладом в установление кинетических закономерностей реакций. В 1884 Вант-Гофф суммировал накопившийся в этой области материал в виде кинетических уравнений.

. 20 века

Конец 19 в. ознаменовался тремя выдающимися открытиями в области физики, в результате которых была доказана сложная структура прежде считавшегося неделимым, — были открыты рентгеновские лучи, явление радиоактивности и электрон. Это положило начало новому этапу в развитии После того как Э. Резерфорд установил существование ядер и предложил планетарную модель (1911), началась успешная разработка теории строения появились новые представления об электрической природе сил (см. Атом, Атомная физика).

Открытый Г. Мозли закон (1913) связал положение элемента в периодической системе и его характеристическое рентгеновское излучение. Это привело к выводу, что номер элемента численно равен заряду ядра этого элемента, а следовательно общему числу электронов в оболочке нейтрального Еще более глубокое понимание периодического закона было достигнуто на основании работ Н. Бора и др. ученых, показавших, что по мере перехода от элементов с меньшими номерами к элементам с большими их значениями происходит заполнение электронами оболочек (уровней и подуровней), все далее расположенных от ядра. При этом периодически повторяется сходная структура внешних электронных конфигураций, от чего и зависит в основном периодичность и большинства физических свойств элементов и их соединений. Решающую роль в понимании закономерностей заполнения электронных оболочек и объяснении и молекулярных спектров сыграл Паули принцип. Сделанные открытия позволили решить многие вопросы, связанные с дальнейшей разработкой и теоретическим обоснованием периодической системы Обнаружение изотопов показало, что не масса, а заряд ядра определяет место элемента в периодической системе. Открытием нейтронов (Дж. Чедвик, 1932) и искусственной радиоактивности (И. и Ф. Жолио-Кюри, 1934) были заложены основы получения новых радиоактивных изотопов и элементов, отсутствующих в природе, и последующего синтеза трансурановых элементов.

С решением проблемы строения связан вопрос о природе химической связи. В. Коссель (1916) и Г. Льюис (1916) предложили первые электронные теории валентности и связи. Теория Косселя рассматривала образование ионной связи, теория Льюиса — ковалентной. Описательная сторона этих теорий, хорошо согласующаяся с моделью Бора и объясняющая некоторые характерные особенности связи, сохраняет в известной мере свое значение до сих пор. Выдвинутые позже концепции, в частности резонанса теория (Л. Полинг), позволяют получать некоторые качественные и полуколичественные данные о симметрии молекул, об эквивалентности тех или иных связей и структурных элементов в молекулах, о стабильности и реакционной способности молекул.

Однако только на основе квантовой механики удалось объяснить природу связи, точно рассчитать энергию связи для простейшей молекулы — молекулы (нем. ученые В. Гейтлер и Ф. Лондон, 1927) — и многие физические параметры др. двухатомных и нескольких многоатомных молекул (₂, , , ₃ и др.), в том числе межатомные расстояния, энергии образования из частоты колебания в спектрах, электрические и свойства, насыщаемость и направленность связей.

Новейший этап развития характеризуется быстрой разработкой пространственных представлений о строении вещества, стереохимических концепций. Еще в 1874—75 Ж. А. Ле Бель и Вант-Гофф высказали предположение, что 4 или радикала, связанные с расположены не в одной плоскости, а в пространстве, по вершинам тетраэдра, в центре которого находится В связи с этим было расширено представление об изомерии, установлено несколько ее видов и были заложены основы стереохимии. Для многих молекул были определены их стабильные пространственные конфигурации; в дальнейшем исследователи установили лабильные конформации молекул, возникающие в результате некоторого затруднения свободного вращения групп вокруг простых связей (см. Конформационный анализ).

Современная теоретическая основывается на общефизическом учении о строении материи, на достижениях квантовой теории, термодинамики и статистической физики. Применение методов квантовой механики к решению задач привело к возникновению квантовой Ее задачей стало решение волнового уравнения Шредингера для многоэлектронных систем молекул. Одним из первых результатов была теория валентных связей, еще широко использовавшая традиционное представление о паре электронов как носительнице связи (Гейтлер, Лондон, Дж. Слэтер, Полинг). Затем был разработан метод молекулярных орбиталей (МО), рассматривающий целостную электронную структуру молекулы; каждая молекулярная орбиталь (волновая функция) учитывает вклад в нее всех электронных орбиталей (см. Молекулярных орбиталей метод). Наиболее распространенный вариант метода МО основанный на приближенном описании молекулярных орбиталей через линейную комбинацию орбиталей (ЛКАО МО). В ряде случаев для простейших молекул на основе использования новейшей вычислительной техники могут быть проведены весьма сложные расчеты молекул без всяких предварительных упрощений задачи. На основе указанного метода рассчитываются энергетические и электронные параметры молекул (распределение электронной плотности, величина энергии, длина и порядок связей, некоторые физические свойства соединений). Метод МО получил ныне распространение в теории органической В неорганической на основе его сочетания с теорией поля ( Бете) возникла теория поля лигандов.

Квантовохимическое рассмотрение кинетических соотношений, установленных Аррениусом и Вант-Гоффом, привело к возникновению учения об абсолютных скоростях реакций, являющегося основой кинетики. Это позволило вычленить очень важную теоретическую проблему современной — вопрос о природе переходного состояния, промежуточного активированного комплекса, внутри которого происходят во многом еще неясные процессы перестройки структуры молекул.

Детальное изучение кинетики и механизмов реакций, исследование элементарных актов взаимодействий — важная задача физики. Большое значение приобрели работы в области цепных реакций, основы теории которых были разработаны Н. Н. Семеновым и С. Хиншелвудом. Кинетические исследования сыграли важную роль в развитии технологии переработки нефти, горения топлива, синтеза высокомолекулярных веществ. Показана возможность фиксации при обычных температуре и давлении, что может существенно изменить будущую технологию.

Ядерные превращения и сопутствующие им физико- явления, продукты ядерных реакций, радиоактивные изотопы, элементы и вещества служат объектами изучения ядерной химии и радиохимии. Работы в этом направлении имеют большое значение для получения и извлечения сырья, разделения изотопов, использования расщепляющихся материалов.

Взаимодействие вещества с излучением и частицами высоких энергий различной природы, приводящее к превращениям, изучается радиационной Воздействие радиации инициирует многие процессы, в том числе синтез высокомолекулярных соединений из мономеров. В частности, под действием света происходят фотохимические реакции. Фотохимия исследует как связывание энергии электромагнитного излучения (например, в фотосинтезе, осуществляемом зелеными растениями), так и многочисленные реакции синтеза и распада, изомеризации и перегруппировок, возникающие в ходе указанного взаимодействия. Для промышленного производства перспективно использование мощной энергии лазера.

В электрохимии накоплен большой материал по исследованию электролитов, их электропроводности, электрохимических процессов, создана электрохимическая кинетика, изучаются неравновесные электродные потенциалы, процессы коррозии металлов, разрабатываются новые химические источники тока. Успехи теоретической электрохимии позволили дать более прочную научную основу многим промышленным электрохимическим процессам.

Влияние полей на поведение молекул рассматривается магнетохимией. Область термохимических исследований расширилась в результате изучения взаимодействия вещества с плазмой, в частности в целях использования в плазмохимической технологии. Становление плазмохимии относится к 60-м гг., когда были выполнены основополагающие работы в СССР, США и ФРГ.

превращения совершаются во всех агрегатных состояниях вещества — в жидком, газообразном и твердом. Все большую актуальность приобретают исследования реакций твердых тел (топохимические реакции).

В современной накапливаются данные о эволюции вещества во Вселенной, что позволяет составить общую картину эволюции природы. Современная ядерная физика и астрофизика сформировали представление о возникновении элементов. На основе изучения метеоритов, вулканических земных пород, лунного грунта постепенно вырисовывается картина дифференциации вещества на планетной стадии развития, в частности геохимической эволюции (см. Геохимия, Космохимия).

Обнаружение сложных органических молекул в межзвездном пространстве, в метеоритах и древнейших горных породах Земли, а также модельные опыты по синтезу сложных органических веществ из простейших соединений (₄, ₂, ₃, ₂) в условиях искрового разряда, радиоактивного и ультрафиолетового облучения позволили представить этапы эволюции материи, предшествовавшие возникновению жизни (см. также Происхождение жизни).

Геохимия вулканогенных и осадочных пород, гидрохимия, атмосферы, биогеохимия постепенно формируют представления о планетарных миграциях элементов, биохимия — о жизненных циклах. На основе этих данных все более наполняется конкретным содержанием учение В. И. Вернадского о решающей роли процессов жизнедеятельности для понимания судьбы элементов на нашей планете.

Большие успехи сделала органическая Так, разработаны автоматические методы синтеза многих установлена структура ряда важных природных веществ — тетродотоксина, гемоглобина, аспартат-аминотрансферазы, содержащей 412 аминокислот, и др.; синтезированы сложнейшие природные соединения — хинин, витамин ₁₂ и даже Огромное влияние оказала органическая на развитие молекулярной биологии. Органическая легла в основу создания мощной индустрии тяжелого органического синтеза.

полимеров, которая сформировалась в самостоятельную дисциплину лишь в 30-х гг., изучает весь комплекс представлений о путях синтеза высокомолекулярных соединений, их свойствах и превращениях, а также о свойствах тел, построенных из макромолекул. Для современного этапа химии полимеров характерно углубленное изучение механизмов каталитической полимеризации, вызываемой металлоорганическими соединениями, в частности синтеза стереорегулярных полимеров, исследование микроструктуры высокомолекулярных соединений. Установлено, что свойства полимеров зависят не только от состава, строения и размеров макромолекул, но и в не меньшей степени от их взаимного расположения и упаковки (надмолекулярной структуры). Важным достижением явилось создание термостойких полимеров ( полиимидов и др.). Успехи химии полимеров позволили создать такие важнейшие отрасли промышленности как производства пластмасс, синтетического каучука, волокон, лакокрасочных материалов, ионитов, клеев и др.

На всех структурных уровнях организации живого важнейшую роль играют специфические процессы. Непрерывный обмен веществ в организме представляет собой сложнейшую систему согласованных реакций, осуществляемых с участием специфических катализаторов — ферментов.

Воздействие процессов, происходящих во внешней среде, на сообщества организмов (биоценозы), миграция элементов внутри экосистем, стимулирование или подавление симбиотических или конкурентных видов исследуются в рамках экологии. Формирование поведения организмов в сообществах в значительной степени зависит от средств передачи информации (например, феромонов, используемых животными для привлечения или отпугивания др. особей, регуляции жизнедеятельности в семьях пчел, муравьев и т.д.).

Традиционные для биохимии нейрохимические исследования переросли в новую отрасль знаний, изучающую влияния соединений на психические процессы; формируется т. н. молекулярная психобиология, связывающая молекулярную биологию с наукой о поведении (см. также Психофармакология).

. Современные методы исследования в химии

С середины 20 в. происходят коренные изменения в методах исследований, в которые вовлекается широкий арсенал средств физики и математики. Классические задачи — установление состава и строения веществ — все успешнее решаются с использованием новейших физических методов. Неотъемлемой чертой теоретической и экспериментальной стало применение новейшей быстродействующей вычислительной техники для квантовохимических расчетов, выявления кинетических закономерностей, обработки спектроскопических данных, расчета структуры и свойств сложных молекул.

Из числа чисто методов, разработанных в 20 в., следует отметить микрохимический анализ, позволяющий производить аналитические операции с количествами веществ, в сотни раз меньшими, чем в методе обычного анализа. Большое значение приобрела хроматография, служащая не только для аналитических целей, но и для разделения весьма близких по свойствам веществ в лабораторных и промышленных масштабах. Важную роль играет физико- анализ (ФХА) как один из методов определения состава и характера взаимодействия компонентов в растворах, расплавах и др. системах. В ФХА широко используются графические методы (диаграммы состояния и диаграммы состав — свойство). Классификация последних позволила уточнить понятие индивида, состав которого может быть постоянным и переменным (см. Дальтониды и бертоллиды). Предсказанный Курнаковым класс нестехиометрических соединений приобрел большое значение в материаловедении и новой области — твердого тела.

Люминесцентный анализ, метод меченых (см. Изотопные индикаторы), рентгеновский структурный анализ, электронография, полярография и др. физико- методы анализа находят широкое применение в аналитической Использование радиохимических методик позволяет обнаружить присутствие всего нескольких радиоактивного изотопа (например, при синтезе трансурановых элементов).

Для установления строения соединений важное значение имеет молекулярная спектроскопия (см. Молекулярные спектры), с помощью которой определяются расстояния между симметрия, наличие функциональных групп и др. характеристики молекулы, а также изучается механизм реакций. Электронная энергетическая структура и молекул, величина эффективных зарядов выясняются посредством эмиссионной и абсорбционной рентгеновской спектроскопии. Геометрия молекул исследуется методами рентгеновского структурного анализа.

Обнаружение взаимодействия между электронами и ядрами (обусловливающего сверхтонкую структуру их спектров), а также между внешними и внутренними электронами позволило создать такие методы установления строения молекул, как ядерный магнитный резонанс (ЯМР), электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), ядерный квадрупольный резонанс (ЯКР), гамма-резонансная спектроскопия (см. Мессбауэра эффект). Особую роль по широте применения приобрела ЯМР-спектроскопия. Для выяснения пространственных характеристик молекул возрастающее значение приобретают оптические методы: спектрополяриметрия, круговой дихроизм, дисперсия оптического вращения. Разрушение молекул в вакууме под влиянием электронного удара с идентификацией осколков применяется для установления их строения методом масс-спектроскопии. Арсенал кинетических методов пополнился средствами, связанными с использованием ЭПР- и ЯМР-спектроскопии (химическая поляризация ядер), метода импульсного фотолиза и радиолиза. Это позволяет изучать сверхбыстрые процессы, протекающие за время 10^-9 сек и меньше.

Для исследования космических объектов с успехом применяются методы спектрального анализа в различных диапазонах электромагнитного спектра. В частности, методами радиоастрономии в межзвездном пространстве были обнаружены облака соединений, включающие такие относительно сложные молекулы, как формальдегид, тиомочевину, метиламин, цианацетилен и др. С развитием космических полетов методы экспериментальной стали применяться на внеземных объектах (Луна, Венера, Марс).

. технология и тенденции ее развития

Потребности общества породили технологию. По выражению Бертло, начинает творить свой собственный объект исследования, создавая сотни тысяч неизвестных природе соединений. В развитии технологии исторически первыми были методы упрощения, разложения готовых природных форм: получение металлов из руд, выделение солей из сложных систем, перегонка древесины и др. подобные приемы. Фундаментом технологии явилось производство исходных веществ для многих более сложных технологий: серной, соляной, кислот, аммиака, щелочей, соды и некоторых др., составивших область основной промышленности. Второй крупнейший исторический этап в технологии характеризуется переходом к методам синтеза, получения все более сложных с

	Copyright © 1999-2023 Oval.ru, All Rights Reserved.