Химия | Химия пәні мен құрылымы

Мазмұны
1.Химия
2. Химия пәні мен құрылымы
3.Химияның дамуы
4.Заманауи ғасырдағы химия жетістіктері
5. Ғасырлар белесіндегі химия құрылымы
6.Заманауи құрылымдық химиядағы эксперимент
7.Заманауи құрылымдық химиядағы объектілер шеңбері
1.Химия
Химия химиялық элементтерді (атомдарды ), олар түзетін жай және күрделі бөлшектерді ( молекулалар),осы бөлшектердің өзгеруін және заңдарын оқып үйренетін жаратылыстану ғылымдарының бір тармағы.Д. И.Менделеевтің анықтамасы бойынша «Химияны қазіргі жағдайда элементтерді оқып үйрену деп атауға болады». [«Химия» сөзінің қалыптасуы толық зерттеліп бітпеген.Көптеген зерттеушілердің болжамы бойынша, бұл сөз Египеттің химия деген бұрынғы атауына негізделген.(грекше Сһе Плуархта кездеседі ).Ол «хем» және»Хаме» қара жер жайлы ғылым египет ғылымы деген мағына береді.]Қазіргі заманғы Химия басқа ғылымдармен қатар ауыл шаруашылығының барлық салаларымен тығыз байланысты .Материяның жылжуының химиялық формаларының саналық ерекшіліктері және оның басқа қозғалықа өтуі химия ғылымының жан жақтылығын жәе басқа ғылымдар байланысын өте төменгі және өте жоғарғы формаларын оқып үйренеді .Қозғалыстық химиялық формасын тану табиғаттың дамуы ,Ғаламдағы заттардың эвалюциясы ,әлемнің толықтай материлистік суретінің қалыптасуына ықпал етіп,жалпы білімді байытады.
Химияның басқа ғылымдармен жанасуы олардың өзара енуінің спецификалық облыстарын тудырады.Осылай химияныңфизиканың бір біріне өтуін физикалық химиямен және химиялық физикамен көрсетілген.Химиямен биологияның ,химиямен геологияның араларында ерекше шекаралық облыстар геохимия,биохимиялық, биогеохимия, молекулярлық биология пайда болды. Химияның маңызды заңдары математика тілінде қалыптасқан және де теоретикалық химия математикасыз дами алмайды. Химия философияның ықпалын сезінген және сезінуде.
Химияның тарихи екі негізгі бөлімдері қалыптасқан: бейорганикалықхимия, ол бірінші кезекте химиялық элементтерді және олар тізетін жай және күрделі заттард, ( көміртегі қосылыстарынан басқа ), жәнеорганикалық химия, ол көміртегінің басқа эленттерімен қосылыстарын зерттейді. XVIII ғ.соңына дейін «неорганикалық химия» және «органикалық химия» терминдері тек қосылыстардың қай табиғи «патшалықтан» екеніне ( минералдық, өсімдік және жануарлық )байланысты бөлінетін еді. XIX ғ. басынан бастап олар құрамында көміртек элементті бар және жоқ деп ажыралатын болды. Одан соң олар жаңа, одан да кең мағынаға ие болды. Неорганикалық химия ең алдымен геохимиямен содан кейін минералогия және геология мен, неорганикалық ғылымдармен жанасады. Органикалық химия көміртегінің әртүрлі қосылыстарын тіпті күрделі биополинерлік заттарды зерттейді; органикалық және биорганикалық химия арқылы химия биохимиямен және биология мен шектесіп жатады.
Химияда біртіндеп заттардың құрылымдық түсінігі қалыптасты. З аттардың күрделенуі, төмнгіден бастап, атомаралықтан, молекулярлық саты арқылы өтіп, макромолекулярлық, және жоғарымалекуланың қосылыстар, одан кейін молекула аралық (комплекс, клатрат,катенан), ең соңында көптүрлі макроструктуралар (кристам, мицема)дан анықталмаған стехиометриялық емес құрылымдарға дейін. Біртіндеп келесі дисциплиналар қалыптасты және негізделді: комплекстік қосылыстардың химиясы, туралы оқу, құйма және т.б.
ІІ.Химия пәні мен құрылымы. Физикалық химияның негізінде физиканың жалпы принціптерінен бастау алып, химиялық өзгерудің заңдылықтарын қалыптастыру, физикалық әдістермен химиялық обьектілердің және құбылыстардың оқып үйрену. Химияның бұл аймағына өзіндік дициплиналар жатады: химиялық термодинамика, химиялық кинетика, иондардың, радикалдардың, радиациялық химия, фотохимия , химиялық тепе-теңдік, ерітінділер және т.б. құрылыстары және қасиеттері. Өзіндік характерді аналитикалық химия иеленді,ол химияның барлық аймақтарында және химиялық өндірістер де кеңінен қолданылады. Сонымен қатар химияның практикалық аймағында мынадай ғылымдар және ғылыми дисциплиналар пайда болды. Мәселен, химиялық технология өзінің салаларымен, металлургия, алрохимия, медициналық химия соттық химия және т.б.
Тарихи даму очеркі.
Химияның тамыры терең тарихта жатыр ( Египет, Индия, Қытай, және т.б.елдер). Біздің эрамызға дейін адамзат әр түрлі заттардың өзгеруінен танысты және өзінің қажеттері не оларды қолдануды үйренді.
Химияның бағзы заманғы бұтақтарының бірі-металлургия. Біздің эрамызға дейінгі 4-3 мың жылдықтарда рудада мыс балқытып ала бастады, одан соң мыстың қолайымен қоспасын дайындай бастады. Біздің эрамызға дейінгі 2-мыңжылдықта рудадан темір өндіре бастады. Ал б.з.д 1600 жылда матаны бояуға табиғи бояу индигоны пайдаланды кейінірек – пурпур және ализарин, сонымен қатар сіркесуды, өсімдік заттарынан дәрі-дәрмек терді және химия өндірісімен тығыз байланысты заттарды өндіруді үйренді.
Б.з. 3-4 ғасырларында ғасырларында ғасырларында Александрияда алхимия пайда болды, ол бойынша философиялықтастан, яғни асыл емес металдардан асыл металдарды –алтын және күміс алуға болады деген көз қарасты ұстанды. Осы кезеңдегі химияның ақуыз-заттардың жеке қасиеттерін және субстанция арқылы оларды анықтау болды.
Қайта өрлеу дәуірінен бастап өндірістің дамуынмен алхимияда үлкен маңызға өндірістік және практикалық бағыттар ие бола бастады: металлургия, шыны өндірісі, бояу және керамика дайындау (В .Биренгуччо, Г.Агрикома, Б.Палессияның және т.б. еңбектері) Медициналық маңызды-ятрохимия пайда болды. (Т.Парацельс, Я.Б. ван Гельмонт және т.б.).Бұл екі бағыт практикалық химияның 16-17 ғ. жартысындағы химияны ғылым ретінде дамуына түрткі болған.Осы кезеңде химияны тәжірбиелік жұмыстар мен бағыттау дамыды, негізінен пештердің конструкциялары және лабораториялық приборлар, заттарды тазалау әдістері (крсталлизация, перегонка және т.б.) жаңа химиялық препараттар жасап шығарылды және жетілдірілді. 17 ғ. II жартысында Р.Бойль алхимиялық түсініктердің шындыққа сәйкес келе бермейтінін дәлелдеді, химия элементтер жайында бірінші түсінік берді және сонымен бірге химияны ғылым дәрежесінде бірінші көтерді.
Химияның ғылымға айналуы жүз жылдан астам уақытты алды және А.Л.Лавуазьенің жаңалықтарымен аяқталды.Химиядағы бірінші теория –флогистон теориясы (оның негізінде флогистонның жаңғыштығын мойындау жатыр ), қате болсада, фактілердің кең шеңберін ашты,ал ол металдардың жануы және өртенуімен байланысты. 17ғ.II жартысынан химиялық анализ жедел дами бастады, бастапқыда-сапалық (Бойльден бастап ), ал 18 ғ. ортасынан – сандық (М.В.Ломоносов және Д.Блэктен бастап)
1748 жылы Ломоносов және кейінірек Лавузье зат массасының сақталу заңының химиялық реакциялар нәтижесінде тапты. Лаврузьенің оттегілік теориясы Энгельстің сөзіне қарағанда «... басымен тұрған химияны аяғымен тұрғызды » (К.Маркс және Ф.Энгельс ) 18 ғ. соңында химия түбегейлі ғылым болып қалыптасты.
ІІІ. Химияның дамуы.
19 ғасырдағы химия химялық атомистикамен тығыз байланысады. Атомдық оқу 17-18 ғасырларда абстрактілі, механикалық көзқараспен жасап шығарылған. Бірақ, Ломоносов атомдық гипотезалар мен мәселелерге жақын келіп қалған еді. Химиялық атомистика ескі натурфилософиялық атомдық идея мен заттың химиялық-сандық құрамы жайлы анамитикалық деректердің қосылуынан туындағы. 19 ғасырда химияның екі фундаметальды түсініктері қалып тасты – атом салмағы (атомдық масса) және валенттілік, немесе «атомдық », кейіннен 1869 Менделеев осы екеуінің арасындағы байланысты ашты. 1803 Дж. Дальтон атомистика идеясынан қатынас заңын ашты, ал содан кейін оны тәжірбие жүзінде дәлелдеді.Осыныі кезінде ол атомның салмағы жайында түсінік жасап шығарып, олардың ең алғаш таблицаларын түзді, мұнда ол қосылыстың бірлігі ретінде сутегінің салмағын алған еді. Бірақ, атомдық салмақтың мағынасы әлі дәл емс еді, бұған себеп приборлардың нашарлығы және де атом және молекулалар арасындағы қатынас дұрыс қалыптаспаған еді.
Молекула жайлы түсінікті және оның атомнан айырмашылықтарын А.Авагадро (1811 ) және А.Ампер(1814) алға тартты, бірақ, алхимиктер қабылдамаған еді.И.Я.Берцелиус үлкен эксперименттік материалда Дальтонның реттік қатынас жайындағы заңын дәлелдеп шықты. Бұл заңы органикалық қосылыстарға да қолданды, (1814) Дальтон жасағаннан әлде қайда дәл таблица жасап шығарып, 46 элементтің атомдық салмағын және химиялық процестердің байланыстары туралы алғашқы мәліметтерге сүйене отырып. Берцелиуе «дуалистикалық» теореманы (1812-1819) алға тартты, бұл теория бойынша химиялық процестер электрлік күштердің арқасында жүзеге астыны, себебі әр атомда, әр атомдар тобында екі электрлік полюс болатыны көрсетілген.Бұл теорияны органикалық химияға, яғни радикалдар теориясына жатқызуға әрекет жасалған еді. Бұ радикалдық теория бойынша органикалық қосылыстар да екі бөліктен тұрады, бір бөлігі атомдар тобының радикалы болып табылады. Ол өзін бөлген атом сияқты ұстайды және бір химиялық қосылыстан екіншісіне өзгеріссі өтеді. Дуалистикалық теорияға ауысымға унитарлы (молекулярлы) теория, яғни Ш.Ф.Жерар теориясы келді. Сонымен қатар радикалдар теориясына ауысымға типтер теориясы келді. Типтер теориясы заттардың құрылысын көрсеткен жоқ, химиялық өзгеруін молекулалардың функционалдық топтардың реакциялық активтігін көрсеті. Сондықтан бір затта бірнеше типтік формулалар болуы мүмкін.Типтер теория, негізінен Жерар енгізген гомологиялық қатар органикалық заттардың өзгруіне және классификациясына негізгі роль ойнады.
1852 ж. Э.Франклен металло – органикалық қосылыстарды оқып үйренуде валенттілік ұғымына негіз салды. Ол элемент атомдары «қосылу күшіне » ие екенін көрсетті. Валенттіліктің бірлігі ретінде сутегінің валенттілігін қабылдаған. Кейінірек Ф.А.Кекуле метан типтес қосылыстар жайлы түсінік енгізді: осыдан көміртек төрт валентті екенін көрсетті, және де(1858) ол көміртек атомдары тізбек түзу өзара қосылу жайлы айтып өтті. Осы жылдың өзінде А.Купер бірінші болып органикалық қосылыстардың графикалық формулаларын жасап шығарды, ол көміртегінің төрт ваплентті лікті екенін негізге ала отырып жасады.1861ж. А.М.Бутлеров құрылыс теориясын жасап шығарды. Ол теория бойынша заттардың химиялық қасиеттері олардың құрамымен құрылымына, ал реакциялаушы қасиеті молекуладағы атомдардың байланысына және өзара әсеріне байланысты.
Бірінші халықаралық Карлеруэдегі химиктер конгресі атом, молекула, эквивалент түсініктерін нақты ажыратты; бұл химияның болашақтағы дамуына ықпал етті.1859-1861жылдары ол үздік спектральді анализ әдісімен байыды, сының негізінде аспанденелерінде кейбір химиялық элементтердің болуы анықталды; физика(оптика), астрономия және химия арасында байланыс қалыптасты. Жаңа элементтердің көптеп ашыла бастауына орай оларды жүйелеу қажет болды. 1869 ж. Д.И.Менделеев олардың өзара байланысын тапты: ол периодтық жүйені ойлап тапты және оның негізінде жатқан заңды ашты (Менделеевтің периодтық заңы ). Бұл жаңалығы химияның дамуына жол ашатын теоретикалық синтезі болып шықты. Менделеев сол кезде белгілі болған 63-элементтің физикалық және химиялық қасиеттерін анықтап, дәлелдеп берді. Тағы да екі негізгі сандық өлшенетін атомдардың қасиеттерін ашты, бұл қасиетте бүкіл химия тұрғызылған –атомдық салмақ және валенттілік.
Периодтық жүйенің негізінде Менделеев алдын қате анықталған элементтердің атомдық салмақтарын туралады және бір қатар әлі ашылмаған элементтерді болжады . Бұл болжаулар көп өтпестен өзінің дұрыстығына дәлелдер тапты. Келешекте периодтық заң химияның даму сатысының негізіне енді. Физика мен химияның прогресті дамуы негізгі түсініктермен заң дардың қалыптасуына, физикалық –химияның дамуына және басқа да жеке салалардың пайда болуына 18-19ғ. II жаотысында жол ашылды.
Химиялық процесттердің жалпы заңдылықтарын зерттеуге19 ғ. 80- жылдарында айтарлықтай дәрежеге көтерілген химялық өндірісте қызуғышылықтанытты.
Химиялық процестердің жылулық заңдарын (1841) Г.И.Гесс ашқан соң химиялық процестердің жылулық эффектілерін зерттеуге берік негіз табылды. 19ғ. II-жартысында химиялық реакциялардың жылуын анықтайтын үлкен жұмыстар мына ғалымдармен жасалынған болатын: П.Э.М.Бертло, Х.П.Томсен, Н.Н.Бекетов, және т.б. Бұл жұмыстар 19ғ. соңында физиканың химияның бөлімдерінің бірі- термохимияның пайда болуымен аяқталды. Термодинамиканың пайда болуымен және термохимияның дамуымен 19ғ.II-жартысында химиялық термодинамика дами бастады. Ол энергетикалық эффектілерд, мүмкіндіктерді, бағыттары мен шектеулерін және т.б. термодинамиканы құбылыстарды қарастырады (Дж. Гиббс, Я.Ванг-Гофф. А.Ле Шателье т.б. еңбектері)
Г.Дэвидің нәтижелі басталған электро химиялық зерттеулері сандық аяқтауларға М.Фарадейдің еңбектерінде көрініс тапты, ол(1833-1834) электролез заңын ашқан болатын. 19ғ.II-жартысында электролит ерітінділері арқылы электр тогын өткізуді зерттеу басталды, ол С.Аррениустың ..............