Проблемы и перспективы химии

Уровень развития химии (и её основополагающих разделов) как единой самостоятельной фундаментальной науки и строгой учебной дисциплины к рубежу XX - XXI веков вызывал и продолжает вызывать неудовлетворенность наиболее критически мыслящих ученых и педагогов, профессионально специализирующихся в этой важнейшей отрасли естествознания. Примечательно, но факт, что ещё в 1967 году В.И.Кузнецов в своей фундаментальной монографии «Эволюция представлений об основных законах химии», проанализировав существо основных законов и теорий применяющихся в химии того периода, пришел к крайне принципиальному и важному выводу: «Встречающееся по сей день определение химии как «науки о веществах и их превращениях» в настоящее время явно устарело». Сегодня отставание химии в фундаментальном развитии иллюстрируется не только регрессом в области совершенствовании понятийного аппарата, но и в отсутствии в этой науке не только единой теории химической связи и строения химических веществ, но и общепризнанной химической системы, их объединяющей, так как Периодическая система по сути является физической.

Сформулированы основные причины, определяющие «фундаментальную недоразвитость» химии: уникальная практическая значимость химического вещества в жизнеобеспечении людей, раздробленность химии на более чем 70 дисциплин и глобальное «офизичивание» ее теоретических основ. Приблизительно аналогичные проблемы, но в еще большей степени, существуют и в материаловедении, так как эта наука и учебная дисциплина в значительной степени является «симбиозной» или смешанной между химией, физикой, механикой и в некоторых разделах с технологией. [3]

От развития химии во многом зависит развитие всех отраслей экономики, химия обеспечивает промышленность и строительство новыми эффективными материалами, снабжает сельское хозяйство минеральными удобрениями и средствами защиты растений, способствует его интенсификации.    

Химическая промышленность имеет сложный отраслевой состав. Она включает горнохи-мическую (добыча сырья — апатитов, фосфоритов, серы, каменных солей и др.), основную химию (производство солей, кислот, щелочей, минеральных удобрений), химию органического синтеза (производство полимеров) и переработку полимерных материалов (производство шин, изделий из пластмасс и т. д.). [5]

Целью реферата является изучить проблемы и перспективы химии.

Для решения поставленной задачи необходимо решить следующие задачи:

- рассмотреть концептуальные задачи химии;

- выделить стратегические направления современной химии;

- проанализировать эволюцию химических систем и перспективы химии.

Реферат состоит из введения, основной части, заключения. Основная часть включает три пункта.

1.  Концептуальные системы химии

Химия – наука о веществах и процессах их превращения, сопровождающие изменением состава и структуры.

Как никакая другая наука, она является одновременно и наукой, и производством. Химия всегда была нужна человечеству для того, чтобы получать из природных веществ материалы с необходимыми для повседневной жизни и производства свойствами. Поэтому все химические знания, приобретенные за многие столетия и представленные в виде теорий, законов, методов, технологий, объединяет одна-единственная непреходящая, главная задача химии — получение веществ с заданными свойствами. Но это — производственная задача, и, чтобы ее реализовать, нужно уметь из одних веществ производить другие, т.е. осуществлять качественные превращения веществ. [4, с. 184-185]

Основанием химии выступает проблема получения веществ с заданными свойствами (производственная задача) и выявление способов управления свойствами веществ (научная задача). Свойства веществ зависят:

1) от элементарного и молекулярного состава;

2) от структуры молекулы;

3) от термодинамических и кинетических условий процесса химической реакции;

4) от уровня химической организации вещества.

Концептуальные этапы получения знаний по химии можно представить следующим образом:

XVII – учение о составе вещества;

середина XIX в. – учение о структуре вещества;

конец XIX в. – учение о химических процессах;

середина XX в. – учение о химической эволюции.

Четыре способа решения основной проблемы химии:

Первый уровень научных химических знаний, продолжающийся с работ Р. Бойля (1660-е годы) до 1820-1830-х годов: свойства вещества определяются его составом. Химический элемент и химическое соединение. Дальтониды – химическое вещество молекулярного строения и бертоллиды – соединения немолекулярного строения. Вовлечение новых химических элементов в производство материалов. Синтез новых элементоорганических соединений, например фторорганических, обладающих исключительной устойчивостью.

Второй уровень развития химических знаний (середина XIX века): свойства вещества и их качественное разнообразие обуславливаются составом и структурой молекул. Возникновение структурной химии: работы Д. Дальтона, И.Я. Берцелиуса, Ш. Жерара, А. Кекуле, A.M. Бутлерова. Триумфальный марш органического синтеза. Пределы и проблемы структурной органической химии.

Третий уровень химических знаний (середина XX века): учение о химических процессах и механизмах изменения вещества. Свойства вещества зависят от термодинамических и кинетических условий, в которых вещество находится в процессе химической реакции. Учение о химических процессах – область науки, где осуществляется глубокое взаимопроникновение физики, химии и биологии. Химическое производство синтетических материалов.

Принципиальная обратимость всех химических реакций. Законы Я. Вант-Гоффа и А. Ле-Шателье. Зависимость хода химических процессов от структурно-кинетических факторов: от строения исходных реагентов, концентрации, наличия катализаторов и др. Проблемы катализа химических реакций и решение задачи химического преобразования ядерной и солнечной энергии.

Химия экстремальных состояний, высокотемпературный синтез.

Четвертый уровень химических знаний (с 1970-х годов): свойства вещества зависят от высоты химической организации вещества. Биологизация химии – возникновение эволюционной химии. Основа лаборатории живого организма – биокатализ. Подражание живой природе – химия будущего. Создание катализаторов по принципу ферментов. Изучение брожения – один из первых опытов изучения химии живой природы. Пути освоения каталитического опыта живой природы: исследование в области металлокомплексного катализа, моделирование биокатализаторов, исследования в области иммобилизованных систем, применение принципов биокатализа в химической технологии.

Отбор химических элементов в ходе эволюции. Химические свойства углерода, отвечающие всем требованиям эволюции: прочность химических связей, их энергоемкость и достаточная лабильность.

Явления самосовершенствования катализаторов в ходе реакции. Самоорганизация химических систем. Теории химической эволюции и биогенеза. Эволюция химических систем.

Четыре способа решения основной проблемы химии – четыре иерархические концептуальные системы.

1. Бочкарёв А. И.
2. Концепции современного естествознания : учебник для студентов вузов / А. И. Бочкарёв, Т. С. Бочкарёва, С. В. Саксонов ; под ред. проф. А. И. Бочкарёва.  –  Тольятти  :  ТГУС, 2008. – 386 с.
3. Кушхов Х.Б.
4. Современные проблемы химии.  Курс лекций. –  Нальчик:  Каб.-Балк. ун-т., 2003. – 46 с.
5. Сироткин О.С. Проблемы и перспективы фундаментального развития химии и материаловедения // Фундаментальные исследования. – 2008. – № 5 – стр. 61
6. Садохин А. П.
7. Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов, обучающихся по гуманитарным специальностям и специальностям экономики и управления / А.П. Садохин. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. - 447 с.
8. http://postupim.ru/9/geografiya/207.shtml
9. Гусейханов М. К., Раджабов О. Р. Концепции современного естествознания: Учебник. — 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2007. — 540 с.