Химия әлемі

1. Химия ғылымы химия пәнінің бастауы

Химия пәні заттарды, олардың қасиеттерін, басқа заттарға айналып түрленуін қарастырады.

Химия пәні химия ғылымынан бастау алады, оның жетістіктеріне сүйенеді және осы жетістіктері химия пәнінің мазмұнын құрайды. Химия ғылым ретінде ХІХ-ХХ ғасырларда қалыптасып, өзінің басты ұғымдарын ұсынып, заңдарын ашты. Химиялық ұғымдар мен заңдар химия ғылымының, химия пәнінің теориялық негізі болып саналады.

2. Химия пәнінің басты міндеттері

Химияның басты міндеттерінің бірі- заттардың қасиеттерін зерттеу мен қоса, оларды адам игілігіне жұмсау, ауыл шаруашылығында, өнеркәсіпте қолдану мүмкіндіктерін анықтау. Әрбір затты пайдаға жарату үшін, оның қасиетін жан-жақты зерттеу қажет. Мысалы, таза магний оңай тұтанып, жарық шығарады. Осы қасиетіне орай оны фотосуретке түсіргенде жарқыл шығару үшін қолданған.

Адамдар заттарды ертеден ақ өз қажетіне жаратқан. Біздің ата-бабаларымызда табиғатта кездесетін асыл тастардан әшекейлік бұйымдар жасаған. Ал алаботаны өртеп, оның күлінен сақар алған, оны малдың майына қосып, сабын шылаған. Тотияйынды, ашудасты, сынапты дәрі-дәрмек ретінде пайдаланған.

Химияның басты міндеттерінің қатарына табиғатта кездеспейтін жаңа заттарды қолдан синтездеп алу жатады. Химиялық жолмен көптеген жасанды жаңа заттар алынып, олар шаруашылықтың сан түрлі саласында, күнделікті тұрмыста кең қолданылады. Солардың қатарында өздеріңе таныс пластмассалар, синтездік талшықтар, тыңайтқыштар, дәрі-дәрмектер, бояулар бар. Химия техниканың өркендеп дауыныда да, адамдардың тұрмысының жақсаруына да зор үлес қосады.

Химия пәнін қызығып, ынтамен оқып, тәжірибелер жасап үйреніп, білімдерің молайған сайын табиғаттың көптеген сырларын, күнделікті көріп жүрген заттардың қасиеттерін, олардың ерекшеліктерін терең түсіне бастайсыңдар. Заттың табиғатын танымай, қасиеттерін жете анықтамай тұрып қажетке жаратса, оның пайдасынан зияны көп болуы мүмкін. Химиялық закттарды орынды пайдаланбаса, олар қоршаған ортаны ластап, адамдар, жануарлар және өсімдіктер тіршілігіне зиянды әсерін тигізеді.

Химия адам өміріне жан-жақты араласып, жылдан-жылға маңызы арта түсетіндіктен, оны оқып-үйрену әр шәкіртке болашақта өз пайдасын тигізетіні анық.

Химия-заттарды, олардың қасиеттерін, соның ішінде олардың өзара айналуларын зерттейді. Заттар дейтініміз- денелерді құраушылар. Олар бір-бірінен өздеріне тән физикалық және химиялық қасиеттерімен ерекшеленеді.

Химияның міндеті-заттарды қолдану үшін қасиеттерін айқындау, адамдардың сұранысына қажет жаңа химиялық заттар алу, табиғи қорларды орынды пайдаланып, қоршаған ортаны қорғау.

Химия – жаратылыстанудың маңызды және кең салаларының бірі, заттарды зерттейтін ғылым, сонымен қатар олардың құрамы мен құрылымы, құрамы мен құрылымына, олардың өзгеруіне әкелетін түрленуіне байланысты қасиеттері - химиялық реакциялар, сондай-ақ осы түрленулер бағынатын заңдар мен заңдылықтар. Барлық заттар химиялық байланыстар арқылы молекулалар құра алатын атомдардан тұратындықтан, химия, ең алдымен, жоғарыда аталған мәселелерді атом-молекулалық деңгейде, яғни химиялық элементтер мен олардың қосылыстары деңгейінде қарастырумен айналысады.

Мазмұны

• 1Жалпы мәліметтер

• 2Химия ғылымының негізгі даму кезеңдері

• 3Негізгі түсініктер

  • 3.1Қарапайым бөлшектер

  • 3.2Атом

  • 3.3Молекула

• 4Басқа ғылымдармен байланысы

• 5Салалары

• 6Химияның тарихы

• 7Химияның маңызы

• 8Химияның міндеті

• 9Химия ғылымының дамуына үлес қосқан қазақстандық ғалымдар

• 10Ұқсас мақалалар

• 11Дереккөздер

Жалпы мәліметтер[өңдеу | қайнарын өңдеу]

Химия элементтерді (атомдарды), жай және күрделі заттарды, олардың құрамын, құрылысын, қасиеттерін, химиялық өзгерістер мен оған әсер ететін жағдайлар мен өзгерістер кезінде байқалатын құбылыстарды зерттейді. Химиялық жеке заттар бір-бірінен химиялық құрамы мен қасиеттері бойынша ажыратылады. Әр зат белгілі жағдайдағы физикалық қасиеттері (түсі, тығыздығы, балқу, қайнау температуралары, жылу мен электр өткізгіштігі, тағы басқа) және химиялық қасиеттері (басқа заттармен әрекеттесу, белгілі бір өнімге айналу қабілеті) жағынан ерекшеленеді.

Заттар құрамына қарай жай және күрделі болып бөлінеді. Олардың формуласын химиялық таңбалар көмегімен өрнектеп, химиялық қосылыстар деп атайды. Химиялық элементтер жерде шашыранды түрде таралған, әрбір химиялық элемент – атомдардың, ал химиялық қосылыс молекулалардың белгілі бір түрі. Материя қозғалысының химиялық өзгеру процесі химиялық реакциялар деп аталады. Химиялық реакцияға атомдар, молекулалар қатысып, оның нәтижесінде жаңа заттар түзіледі. Реакцияға қатысқан атомдардың тек сыртқы қабаттарындағы электрондардың тығыздығы өзгеріп, ішкі қабат пен ядро өзгеріссіз қалады.

Зерттелетін нысанына қарай химия негізгі екі топқа бөлінеді:

• органикалық химия;

• бейорганикалық химия.

Органикалық химия негізінен көміртек атомдарынан тұратын заттардың құрылысын, химиялық қасиеттерін, құрамын, қолданылуын, табиғатта таралуын, тағы басқаларды зерттейді.

Бейорганикалық химия немесе анорганикалық химия барлық қалған химиялық элементтер түзетін қосылыстардың құрылысы мен қасиеттерін және олардың бір-бірімен әрекеттесу заңдылықтарын зерттейді.

Химия ғылымының негізгі даму кезеңдері[өңдеу | қайнарын өңдеу]

Химия дамуының барлық тарихы оның негізгі алға қойған мәселесін шешу жолында әдістеме-тәсілдердің ауысып отыруымен сипатталады. Химия ғылымының даму деңгейіне байланысты материя құрылымы, табиғаттағы заттардың құрамы, олардың бөлшектері - молекулалардың құрылымы туралы ұғымдар да өзгеріп отырды.

XVIII ғасырға дейінгі химияның даму кезеңінде қажетті қасиеттері бар заттарды алу мәселелері көп жағдайда оңды нәтиже бере қойған жоқ. Табиғаттағы денелердің қасиеттерінің пайда болуы туралы екіұдай пікір айтылған болатын. Антикалық уақыттың ұлы ғұламалары Демокрит (б.э.д. 470-380 ж.), Эпикур (б.э.д. 341-270 ж.) атомистік теорияны ұсынды. Олардың көзқарасы бойынша, барлық денелер көлемдері мен формалары әр түрлі атомдардан тұрады, ал бұл атомдар олардың сапалық өзгешеліктерін түсіндіреді деген данышпандық көзқарасты ұстады.

Ал Аристотель (б.э.д. 384-322 ж.) мен Эмподокл (б.э.д. 490-430 ж.) табиғатта кездесетін денелердің әр түрлілігі олардың қасиеттерінің: жылу мен суықтың, құрғақтық пен ылғалдың, жарық пен қараңғының тағы басқа тіркесіп келуі арқылы түсіндіріледі деп айтты. Кейінірек осы көзқарасты ортағасырлық алхимиктер де дамытты. Бұл кезеңде табиғат туралы білім жүйесін құраған — натурфилософия мен кәсіптік химия жеке-жеке дамыды.

Ал заттардың қасиеттерінің мәселесін шешу тәсілдері XVII ғасырдың екінші жартысында Р.Бойлдің еңбектерінде көрініс тапты.

Оның зерттеулері денелердің қасиеттері абсолютті емес, олар оны құраушы материалдық элементтердің сипаттарына байланысты екендігін көрсетті. XVII ғасырдың ортасынан XIX ғасырдың басына дейін заттардың құрамы туралы ілім барлық сол кездегі химияны қамтыды. Ол қазір де химияның бір бөлігі ретінде қарастырылады.

Химия ғылымдары дамуының екінші кезеңі немесе құрылымдық химия XIX ғасырды қамтиды. Химия дамуының бұл кезеңі өндірістің мануфактуралық сипатының техникаға, кеңейтілген материалдық-шикізат базасына негізделген фабрикалық сипатпен алмасуы арқылы сипатталады.

Сол кездегі химия өнеркәсібінде өсімдік пен жануарлардан алына-тын заттарды өңдеу орын алды, олардың әрқайсысының ерекше сапалық ерекшеліктері болды, дегенмен, құрамы бірдей: яғни көбінесе сутегі, оттегі, көміртегі, күкірт, азот, фосфордан тұрды. Сонымен, заттардың жеке қасиеттері олардың химиялық құрамымен анықталмайтындығы белгілі болды.

Ал енді, осыдан кейін заттың құрылымы деген ұғым ғылымға енді. Химиктер заттардың қасиеттері мен сапалық жағынан әр түрлілігі олардың құрамымен емес, молекулаларының құрылымымен анықталатындығына көз жеткізді.

Ал, зат құрылымымен таныс болғаннан кейін оны құрайтын молекулалардың атомдары қайсысы химиялық байланысқа жақсы қатысады, қайсысының қабілеті төмен деген сұрақ туды. Себебі, зат құрамына кіретін барлық атомдар химиялық айналымға бірдей дәрежеде қатыспайды екен. Осыдан келіп, «реакцияға қабілеттілік» деген тағы бір ұғым химия ғылымына енді.

Өзінің екінші даму деңгейінде химия аналитикалық ғылымнан синтетикалық ғылымға айналды. Бұл кезең органикалық синтез химиясының дамуымен байланысты.

Осы кезде тоқыма өнеркәсібіне арналған бояулар шығару, дәрі-дәрмек, жасанды жібек алу мүмкіндігі туды.

Бұл кезең — құрылымдық химия кезеңі деген шартты атауға ие болды, оның басты жетістігі — молекула құрылымы мен заттардың функционалдық белсенділігінің арасындағы байланысты анықтау болды.

Химия дамуының үшінші кезеңі — XX ғасырдың бірінші жартысын қамтиды.

XX ғасырдың алғашқы жартысындағы автомобиль өндірісінің, авиацияның, энергетикалық, құрал-жабдық шығарудың дамуы материалдар шығаруға жаңа талаптар қойды.

Жоғары октанды мотор отынын, арнаулы синтетикалық каучук пен пластмасса, беріктігі аса жоғары изоляторлар, органикалық және бейорганикалық полимерлер, жартылай өткізгіштер шығару қажеттілігі туды. Бұндай материалдарды алу үшін бұрынғы заттың құрамы мен құрылымы туралы химиялық білім жеткіліксіз болды. Құрылымдық химия зат қасиеттерінің температураның, қысымның, еріткіштердің тағы басқа факторлардың әсерінен өзгеретіндігін есепке алмаған болатын.

Осыған байланысты, осы кезеңде химия ғылымы процестер мен заттардың өзгеру механизмі туралы ғылымға айналды. Осының нәтижесінде құрылыс жұмыстарына қажетті ағаш пен металдың орнына синтетикалық материалдар, тамақ шикізаттарын, олиф, лак, жуғыш заттар тағы басқаларды өндіруді қамтамасыз етті. Ал каучук, этил спирті, жасанды талшық өндіру мұнай шикізатына, азот тыңайтқыштарын алу — ауа азотына негізделді.. Енді үздіксіз жүйемен жұмыс істейтін мұнай-химия өнеркәсібі дамыды.

Егер 1935 жылы тері, резина, талшық, жуғыш заттар, лактар, олиф, сірке қышқылы, этил спирті толығымен тек жануарлар мен өсімдіктер шикізатынан алынатын болса, ал XX ғасырдың 60-шы жылдарында техникалық спирттің 100%-ы, жуғыш заттардың 80%-ы, олиф пен лактың 90%-ы, талшықтың 40%-ы, каучуктың 70% және тері материалдарының 25%-ға жуығы газ және мұнай шикізаттарынан алынды. Сонымен бірге химия жылына мыңдаған тонна малға азық-түлік ретінде қолданылатын мочевина мен белок және миллиондаған тонна тыңайтқыш берді.

Сонымен, химия өзінің дамуының үшінші кезеңінде заттар туралы ғылым емес, заттардың өзгеруі мен өзгеру механизмдері туралы ғылым болды.

Химия ғылымы дамуының төртінші кезеңі — XX ғасырдың екінші жартысы. Бұл кезеңді эволюциялық химия кезеңі деп атайды.

Эволюциялық химияның негізінде химиялық өнімдерді алу процестерінде химиялық реакциялардың катализаторларын өздігінен жетілуге жеткізетін, яғни, химиялық жүйелердің өздігінен құрылуына әкелетін шарттарды пайдалану принципі жатыр. Бұның өзін — химияны өзіндік бір биологизациялау тәсілі деп қарастыруға болады.

Ал бұл процесс белгілі бір уақыт бойында дамиды және сыртқы жағдайларға тәуелді емес. Уақыт бұл жерде маңызды фактор, өйткені химиялық жүйенің эволюциясы қарастырылып отыр.

Химиялық жүйенің негізінде әлемнің химиялық картинасы қалыптасады, яғни табиғатқа химиялық көзқараспен қарау. Оның негізгі мазмұны мынандай:

• тірі және өлі табиғатты химиялық мағынада қарастыра келгендегі сол дәуірдегі химиялық білімнің қорытындысы;

• табиғат объектілерінің барлық негізгі түрлерінің пайда болуы мен эволюциясы туралы түсінік;

• табиғат объектілерінің химиялық қасиеттерінің оның құрылымына байланыстылығы;

• табиғат процестерінің химиялық қозғалыс процесі ретіндегі жалпы заңдылықтары;

• тәжірибелік жағдайда синтезделетін ерекше объектілер туралы білім.

50-60 жылдарға дейін эволюциялық химия туралы ештеңе белгілі болған жоқ. Жануарлар мен өсімдіктердің шығу тегін Чарлз Дарвиннің эволюциялық теориясы арқылы түсіндіруге тырысқан биологтардан айырмашылығы, химиктерді заттардың шығу тегі туралы мәселе толғандырмады. Ал, XX ғасырдың екінші жартысынан бастап, химиктерге өз объектілеріне байланысты эволюциялық мәселелерді шешу мүмкіндігі туды. Эволюциялық химияны химиялық жүйелердің өздігінен ұйымдасуы мен өздігінен дамуы туралы ғылым деп те атайды. Бұл жерде химия биологиямен тығыз байланыс жасайды. Тірі организмдерде жүретін барлық процестерді химия тілімен, химиялық процестер арқылы беруге болады екен.

Расында, егер денедегі зат алмасу процесіне таза химиялық көзқараспен қарасақ (А.И.Опариннің тәжірибесін), біз уақыт тәртібін сақтайтын, өзара бір-бірімен байланысты бірнеше химиялық реакцияларды байқаймыз.

Тірі организмдердегі ерекше кейбір қасиеттер, мысалы көбею, қозғалғыштық, қозу, сыртқы ортаның әсеріне жауап беру — барлығы химиялық реакциялар арқылы түсіндіріледі.

Әрине, тіршіліктің барлық құбылыстарын химиялық жолмен түсіндіру қателік болар еді, бұл тіпті дөрекі механистикалық көзқарас ретінде қарастырылатын еді. Бұған химиялық процестердің тірі және өлі жүйелердегі жүруінің ерекшеліктері дәлел бола алады.

Қазіргі кезде химия үшін биологиялық принциптерді қолдану маңызды болып саналады. XX ғасырдың өзінде биологиялық процестер үшін биокатализдің үлкен әсері бар екендігін ғалымдар түсінген. Сондықтан химиктер тірі табиғатқа катализаторлар қолдану тәжірибесін жасайтын жаңа химияны шығаруды мақсат етіп қойды. Ұқсас молекулалар синтездеу принциптерін, әр түрлі қасиеттері бар, ферменттер принципімен жұмыс істейтін катализаторлар қолданылатын химиялық процестерді басқарудың ж