Химия біздің өмірімізде

Химия біздің өмірімізде

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 басқа 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

Химия дамуының барлық тарихы оның негізгі алдыға 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 екі ұдай 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. Бул 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 сурақ 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. Бул 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 бейор-ганикалық полимерлер, жартылай өткізгіштер шығару қажеттілігі туды. Бұндай материалдарды алу үшін бұрыннғы 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 езгеру механизмі туралы ғылымға айналды. Осының нәтижесінде қурылыс жумыстарына қажетті ағаш пен металдың орнына синтетикалық материалдар, тамақ шикізаттарын, олиф, лак, жуғыш заттар тағы басқа өндіруді қамтамасыз етті. Ал каучук, этил спирті, жасанды талшық өндіру мұнай шикізатына, азот тыңайтқыштарын алу — ауа азотына негізделді.. Енді үздіксіз жүйемен жумыс 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 бул 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 мағанада қарастыра келгендегі сол дәуірдегі химиялық білімнің қортындысы;

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

• табиғат обьектілерінің химиялық қасиеттерінің оның құрылымына байланыстылығы;

• табиғат процестерінің химиялық қозғалыс процесі ретіндегі жалпы заңдылықтары;

• тәжірбиелік жағдайда синтезделетін ерекше обьектілер туралы білім.

50-60 жылдарға дейін эволюциялық химия туралы ештеңе белгілі болған жоқ. Жануарлар мен өсімдіктердің шығу тегін Чарлз Дарвиннің зволюциялық теориясы арқылы түсіндіруге тырысқан биологтардан айырмашылығы, химиктерді заттардың шығу тегі туралы мәселе толғандырмады. Ал, XX ғасырдың екінші жартысынан бастап, химиктерге өз обьектілеріне 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 ереше кейбір қасиеттер, мысалы квбею, 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 төжірибесін жасайтын жаңа химияны шығаруды мақсат етіп қойды. Ұқсас молекулалар синтездеу принциптерін, әр түрлі қасиеттері бар, ферменттер принципімен жұмыс істейтін катализаторлар қолданылатын химиялық процестерді басқарудың жаңа түрі шықты