Хімія в системі природничих наук
49. Які місце і роль хімії в сучасній цивілізації?
Протягом тривалого розвитку людство не ра3 стикалося з великим числом проблем, від яких нерідко залежало саме його існування. Щоб вижити, наш пре-док навчився виготовляти і використовувати найпростіші кричу-Дія праці, ніж компенсував свої природні недоліки. Надалі первісна людина, опинившись перед про-блемой забезпечення їжею, освоїв полювання, потім землеробство і скотарство. Освоєння все більш складних знарядь і пред-метов праці викликало енергетичну проблему, зажадало переходу від природних джерел енергії до більш вдосконалення-шенним. Енергетична проблема послідовно привела людину до освоєння енергії пари, теплової, електричної енергії, і, нарешті, енергії атома.
Необхідність підвищення продуктивності праці і еф-ності виробництва, зростання темпів видобутку і пере-лення величезного обсягу мінеральних ресурсів, поряд з необхідністю вирішення багатьох життєво важливих проблем викликали до життя використання хімічної технології, все-загальну хімізацію, а потім комп'ютеризацію суспільно-го виробництва і побуту.
Успіхи людини в рішенні великих і малих проблем ви-вання значною мірою були досягнуті завдяки раз-витию хімії, становленню різних хімічних техноло-гій. Успіхи багатьох галузей людської діяльності, та-ких як енергетика, металургія, машинобудування, легка і харчова промисловість та інших, багато в чому залежить від стану і розвитку хімії. Величезне значення хімія име-ет для успішної роботи сільськогосподарського виробництва, фармацевтичної промисловості, забезпечення побуту людиною.
Хімічна промисловість виробляє десятки тисяч найменувань продуктів, багато з яких по технологи-ного і економічними характеристиками успішно конкуру-ють з традиційними матеріалами, а частина - є уні-Кальне за своїми параметрами. Хімія дає матеріали з за-раніше заданими властивостями, в тому числі і такими, які не зустрічаються в природі. Подібні матеріали дозволяють проводити технологічні процеси з великими швидкостями температурами, тисками, в умовах агресивних середовищ. Для промисловості хімія поставляє такі продук-ти, як кислоти і луги, фарби, синтетичні волокна і.т.п. Для сільського господарства хімічна промисловість випускає мінеральні добрива, засоби захисту від ча-ників, хімічні добавки і консерванти до кормів для тварин. Для домашнього господарства і побуту хімія поставлені-ет миючі засоби, фарби, аерозолі та інші продукти.
Хімія характерна не тільки тим, що забезпечує вироб-ництво багатьох необхідних продуктів, матеріалів, ліків. У багатьох галузях промисловості широко використовуються також хімічні методи обробки: білення, фарбування, пе-чатаніе - в текстильній промисловості; знежирення, травлення, ціанування - в машинобудуванні; кисневе дуття - в металургії; консервація, синтезування вітами-нів і амінокислот - в харчовій і фармацевтичній про- мисловості, і т.д. Впровадження хімічних методів веде до інтенсифікації технологічних процесів, збільшення ви-ходу корисної речовини, зниження відходів, підвищення якості продукції.
Основними джерелами, забруднюють навколишнє середовище, крім власне хімічної промисловості, яв-ляють металургія, автомобільний транспорт, теплові електростанції. Вони дають великий обсяг газоподібних від-ходів, забруднюють річки і озера стічними водами, що використовуються-новлюються в технологічних цілях. Газоподібні відходи содер-жать оксиди вуглецю, сірки, азоту, сполуки свинцю, роті-ти, бензопірен, сірководень та інші шкідливі речовини. У зв'язку зі спалюванням палива в великих обсягах виникла про-блема зниження концентрації кисню і озону в атмосфе-ре, що отримала назву «кисневого голодування».
До твердих відходів відносяться відходи гірничодобувної промисловості, будівельний і побутове сміття. Стічні води містять багато неорганічні сполуки - іони ртуті, цинку, кадмію, міді, нікелю і т.д. П'ята частина вод Світового океану забруднена нафтою і нафтопродуктами. Зна-ве збиток водоймам внаслідок вимивання добрив з грунту наносять забруднення, пов'язані з част-тиментом виробництвом. Шкідливі речовини з повітря і води потрапляють в грунт, в якій накопичуються важкі метал-ли, радіоактивні елементи.
В організм людини шкідливі речовини потрапляють через повітря, воду і їжу. Таким чином, людство, пройшовши ряд етапів розвитку - від вогню до термоядерної бомби, - Б початку XXI ст. виявилося в умовах, коли в черговий Р а3 постало питання про його виживання. Загроза екологічної катастрофи,-трофі вимагає рішучого перегляду відносин сучасної «хімічної» цивілізації і природи в бік оптимізації цих відносин. Завдання полягає в тому, щоб через нові технології гармонізувати відносини «про-суспільством - природа» таким чином, щоб компенсаторних можливостей навколишнього середовища було досить для Нейт-ралізації антропогенних впливів на неї.
Нові технології за своїми параметрами повинні прибл-тулитися до природних процесів, відрізнятися від промисло-вих своєї безвідхідністю або маловідходних. У настою-ний час намітилися наступні шляхи вирішення складних еко-логічних проблем: комплексна переробка сировини; перегляд традиційних процесів і схем отримання відомих продук-тів; впровадження безстічних і замкнутих схем водоспоживання; очищення викидаються газів; використання промислових комплексів із замкнутою структурою матеріальних і енергетичних потоків.
Проблема виживання людини в даний час оказа-лась ускладненою проблемами геополітичного, соціаль-ного і чисто технічного характеру. Рішення останніх утруднено через споживчого характеру сформованої ци-вилизации і егоцентризму індустріально розвинених країн. Однак, спираючись на ідеї В. І. Вернадського про переростання біосфери в ноосферу, можна говорити про невипадковість по-явища людини на Землі, про його призначення в кризу-ної ситуації зіграти роль рятівника природи.
Екологічні проблеми породжені не тільки економі-кою і технікою, а й моральним станом людини. По-прос полягає не тільки в тому, щоб зупинити процес руйнування природи технічними засобами. Питання полягає в тому, щоб докорінно змінити споживацьке ставлення людини до навколишнього світу.
Зі сказаного випливає, що місце і роль хімії в сучас-менной цивілізації повинні розглядатися системно, тобто У всьому різноманітті відносин, що існують між суспільством і природним середовищем в рамках критерію екологіч-ки безпеки. При цьому неминуче розгляд хімії як активного елементу складної системи «суспільство-природа», що представляє собою, в свою чергу, відкриту сі-стему зі своєю структурою і взаємообміном між речовиною, енергією та інформацією.
Які науки складають
На певному етапі еволюції Всесвіту в ній реалі-ються умови, що допускають формування атомів віщо-ства. Певний набір атомів здатний утворити нову систему - молекулу. Організація матерії на атомно-молеку-лярного рівні призводить до появи нових властивостей матерії - до можливості існування безлічі речовин з величезним розмаїттям властивостей.
Наукою, що вивчає закономірності, які проявляються на атомно-молекулярному рівні організації матерії, є-ється хімія. Завдання хімії полягає у вивченні будови молі-кул і процесів зміни цієї будови в результаті їх взаємодії.
Фундаментальними основами хімії стали квантова меха-ника, атомна фізика, термодинаміка, статистична фізика, а також фізична кінетика. На основі фізики побудувати-ена теоретична хімія. На цьому годі було, що хімія не існує як самостійна наука: хімія «виводиться» з фізики, але не зводиться до неї.
На хімічному рівні ми маємо справу з дуже великим числом частинок, що беруть участь в квантово-механічних про-процесах обміну електронами (хімічних реакціях). Це обумовлює макроскопічность прояви законів квантової фізики в хімічних процесах. Базове поняття хімії валентність - це макроскопічне, хімічне відображені-ня квантово-механічних взаємодій.
Емпірична хімічна формула сполуки показуючи-ет, які елементи і в якому співвідношенні входять до складу хімічної сполуки. Емпірична формула встановлюється дослідним шляхом. На основі емпіричної формули деякого речовини може бути знайдена його молекулярна формула. У хімії вироблені правила визначення молекулами-лярной формули. Молекулярні формули дозволяють що відображається зить хімічні перетворення. Для цього використовуються хи-вів рівняння, які є ефективним і про-простим способом опису хімічних процесів. Методика складання рівнянь хімічних реакцій з урахуванням характеру конкретних речовин і взаємодій добре розроблена з-тимчасової хімією.
Результати хімічної взаємодії можуть бути обчислюва-лени за допомогою методів фізики. Однак навіть в простих слу-чаях ці розрахунки були б надзвичайно складні. На основі методів, вироблених в хімії, використовуючи для опису ве-щества і його перетворення мову хімічних формул і уравне-ний, хімік вирішує ці проблеми набагато простіше і швидше.
Завдяки тому, що хімії вдалося виробити свій соб-жавного мова, своє феноменологічний опис властивостей речовин і хімічних перетворень, хімія стала великою наукою задовго до того, як квантова механіка розкрила сущ-ність хімічних явищ.
Мова хімії різноманітний; він містить можливості ото-браженія особливостей хімічних реакцій і різних властивостей речовин. Наприклад, структурні формули показують послідовність і просторовий порядок соеди-вати атомів в молекулах.
Таким чином, атомно-молекулярний рівень організації м атерому, надзвичайно складно описуваний на фундаменталь-ном рівні, на рівні квантової механіки, зажадав виработ-ки свого хімічного мови. Сьогодні фізика, складова ядро теоретичної хімії, служить базою подальшого роз-ку цієї науки. Розвиток сучасної хімії, її основні кон-цепції виявилися тісно пов'язаними не тільки з фізикою, а й з іншими природничими науками, особливо з біологією.
У чому полягає особливість