Презентация "Химическая картина мира"
Подписи к слайдам:
- 1.Введение. Научная картина мира
- 2.Предмет познания и важнейшие особенности химический науки
- 2.1. Алхимия как предыстория химии. Эволюция химической науки
- 2.2.Специфика химии как науки
- 2.3. Важнейшие особенности современной химии
- 3. Концептуальные системы химии
- 3. 1. Понятие о химическом элементе
- 3. 2. Современная картина химических знаний
- 3. 2. 1. Учение о составе вещества
- 3. 2. 2. Органогены
- 3. 2. 3. Учение о химических процессах
- 4. Антропогенный химизм и его влияние на среду обитания
- 5. Выводы
- Каждый человек пытается познать этот мир и осознать свое место в нем. Чтобы познать мир, человек из частных знаний о явлениях и закономерностях природы пробует создать общее – научная картина мира
- -основные идеи наук о природе
- -принципы
- -закономерности
- не оторванные друг от друга, а составляющие единство знаний о природе, определяющие стиль научного мышления на данном этапе развития науки и культуры человечества
- Ученые выделяют разные картины мира и предлагают свои критерии классификации
- «Мир» - действительность, реальность (объективная), бытие, природа и человек
- Ученые подразделяют картины мира
- на научную, философскую, концептуальную, наивную и художественную
- В наше время в состав общей НКМ
- входят ее части различной степени универсальности:
- Физическая КМ (ФКМ)
- Астрономическая (АКМ)
- Биологическая (БКМ)
- Химическая (ХКМ)
- Научная картина мира - особая форма теоретического знания, репрезентирующая предмет исследования науки соответственно определенному этапу ее исторического развития, посредством которой интегрируются и систематизируются конкретные знания, полученные в различных областях научного поиска. (Новейший философский словарь)
- Научная картина мира (НКМ) — система представлений о свойствах и закономерностях действительности (реально существующего мира), построенная в результате обобщения и синтеза научных понятий и принципов, а также методология получения научного знания»(интернет-словарь «Википедия»)
- Научная картина мира - это множество теорий в совокупности описывающих известный человеку природный мир, целостная система представлений об общих принципах и законах устройства мироздания
- Исторические типы
- Их принято персонифицировать по именам трех ученых сыгравших наибольшую роль в происходивших изменениях
- 1. Аристотелевская (VI-IV века до нашей эры) в результате этой научной революции возникла сама наука, произошло отделение науки от других форм познания и освоения мира, созданы определенные нормы и образцы научного знания. Наиболее полно эта революция отражена в трудах Аристотеля. Он утвердил своеобразный канон организации научного исследования (история вопроса, постановка проблемы, аргументы за и против, обоснование
- решения), дифференцировал само знание, отделив науки о
- природе от математики и метафизики
- 2. Ньютоновская научная революция (XVI-XVIII века)
- Ее исходным пунктом считается переход от геоцентрической
- модели мира к гелиоцентрической, этот переход был
- обусловлен серией открытий, связанных с именами
- Н. Коперника, Г. Галилея, И. Кеплера, Р. Декарта, И. Ньютон сформулировал базовые принципы новой научной картины
- мира в общем виде
- 3. Эйнштейновская революция (рубеж XIX-XX веков)
- Ее обусловила серия открытий (открытие сложной
- структуры атома, явление радиоактивности, дискретного
- характера электромагнитного излучения и т.д.). В итоге
- была подорвана, важнейшая предпосылка механистической
- картины мира – убежденность в том, что с помощью
- простых сил действующих между неизменными объектами
- можно объяснить все явления природы
- Основной проблемой химии является получение веществ с заданными свойствами
- химия
- неорганическая
- органическая
- исследует свойства химических элементов и их простых соединений: щелочи, кислоты, соли
- изучает сложные соединения на основе углерода - полимеры, в том числе, созданные человеком: газы, спирты, жиры, сахара
- 1. Период алхимии - с древности до XVI в. нашей эры
- Характеризуется поисками философского камня, эликсира долголетия, алкагеста (универсального растворителя)
- 2. Период в течение XVI - XVIII веков
- Созданы теории Парацельса, теории газов Бойля, Кавендиша и др., теория флогистона Г. Шталя и теория химических элементов Лавуазье.
- Совершенствовалась прикладная химия, связанная с развитием металлургии, производства стекла и фарфора, искусства перегонки жидкостей и т.д. К концу XVIII века произошло упрочение химии как науки, независимой от других естественных наук
- 3. Первые шестьдесят лет XIX века
- Характеризуется возникновением и развитием атомной теории Дальтона, атомно-молекулярной теории Авогадро и формированием основных понятий химии: атом, молекула и др
- 4. С 60-х годов XIX века до наших дней
- Разработаны периодическая классификация элементов, теория ароматических соединений и стереохимия, электронная теория материи и т.д
- Расширился диапазон составных частей химии, как неорганическая химия, органическая химия, физическая химия, фармацевтическая химия, химия пищевых продуктов, агрохимия, геохимия, биохимия и т.д
- «Алхимия» — это арабизированное греческое слово, которое понимается как «сок растений»
- 3 типа:
- греко-египетская
- арабская
- западно-европейская
- Философская теория Эмпедокла о четырех элементах Земли (вода, воздух, земля, огонь) Согласно ей различные вещества на Земле различаются только по характеру сочетания этих элементов. Эти четыре элемента могут смешиваться в однородные вещества
- Важнейшей проблемой алхимии считался поиск философского камня
- Улучшили процесс очистки золота путем купеляции (нагревая богатую золотом руду со свинцом и селитрой)
- Выделение серебра путем сплавления руды со свинцом
- Получила развитие металлургия обыкновенных металлов
- Известен процесс получения ртути
- Центром арабской алхимии стал Багдад.
- Персидский алхимик Джабир ибн Хайям описал
- нашатырный спирт
- технологию приготовления свинцовых белил
- способ перегонки уксуса для получения уксусной кислоты
- развил учение о нумерологии, связав арабские буквы с названиями веществ.
- Он предположил, что внутреннюю сущность каждого металла всегда раскрывают два из шести свойств.
- Например, свинец — холодный и сухой, золото — теплое и влажное. Горючесть он ассоциировал с серой, а «металличность» с ртутью, «идеальным металлом».
- Согласно учению Джабира, сухие испарения, конденсируясь в земле, дают серу, мокрые — ртуть. Сера и ртуть, соединясь затем в различных отношениях, и образуют семь металлов: железо, олово, свинец, медь, ртуть, серебро и золото.
- Таким образом, он заложил основы ртутно-серной теории. .
- Монах-доминиканец Альберт фон Больштедт (1193-1280) – Альберт Великий детально описал свойства мышьяка, высказывал мнение о том, что металлы состоят из ртути, серы, мышьяка и нашатыря.
- Британский философ ХII в. – Роджер Бэкон (около 1214 - после 1294). возможный изобретатель пороха; писал о потухании веществ без доступа воздуха, писал о способности селитры взрываться с горящим углем.
- испанский врач Арнальдо де Виллановы (1240-1313) и Раймунд Луллия (1235-1313). попытки получить философский камень и золото (неудачно), изготовили бикарбонат калия.
- итальянский алхимик кардинал Джованни Фиданца
- (1121-1274) – Бонавентура получил раствор нашатыря в азотной кислоте.
- самый видный из алхимиков был испанцем, жил в XIV веке - Гебера описал серную кислоту и как образуется азотная кислота, отметил свойство царской водки воздействовать на золото, считавшееся до тех пор неподдающимся изменению
- Василий Валентин (XIV в.)
- открыл серный эфир, соляную кислоту, многие соединения мышьяка и сурьмы, описал способы получения сурьмы и ее медицинское применение
- Теофраст фон Гогенгейм (Парацельс) (1493-1541)
- основатель ятрохимии – медицинской химии,
- достиг некоторого успеха в борьбе с сифилисом,
- одним из первых разрабатывал лекарственные средства для борьбы с умственными расстройствами, ему приписывают
- открытие эфира.
- «Химия - наука, изучающая свойства и превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава и строения».
- Изучает
- природу и свойства различных химических связей, энергетику химических реакций, реакционную способность веществ, свойства катализаторов.
- основанием химии выступает двуединая проблема - получение веществ с заданными свойствами (на достижение ее направлена производственная деятельность человека) и выявление способов управления свойствами вещества (на реализацию этой задачи направлена научно-исследовательская работа ученых). Эта же проблема является одновременно и системообразующим началом химии.
- 1.В химии появляются многочисленные самостоятельные научные дисциплины (химическая термодинамика, химическая кинетика, электрохимия, термохимия, радиационная химия, фотохимия, плазмохимия, лазерная химия).
- 2. Химия активно интегрируется с остальными науками, результатом чего было появление
- биохимии (изучают химические процессы в живых организмах), молекулярной биологии,
- космохимии (изучает химический состав вещества во Вселенной, его распространенность и распределение по отдельным космическим телам),
- геохимии (закономерности поведения химических элементов в земной коре),
- биогеохимии (изучает процессы перемещения, распределения, рассеяния и концентрации химических элементов в биосфере при участии организмов. Основоположником биогеохимии является В. И. Вернадский).
- 3. В химии появляются принципиально новые методы исследования (рентгеновский структурный анализ, масс-спектроскопия, радиоспектроскопия и др.)
- Химия способствовала интенсивному развитию некоторых направлений человеческой деятельности.
- Например, хирургии химия дала три главных средства, благодаря которым современные операции стали безболезненными и вообще возможными:
- 1) введение в практику эфирного наркоза, а затем и других наркотических веществ;
- 2)использование антисептических средств для предупреждения инфекции;
- 3)получение новых, не имеющихся в природе аллопластических материалов-полимеров.
- В химии большинство химических соединений (96%) - это органические соединения. В их основе лежат 18 элементов (наибольшее распространение имеют всего 6 из них).
- Химические связи этих элементов прочны (энергоемки) и лабильны.
- Углерод как никакой другой элемент отвечает этим требованиям. Он совмещает в себе химические противоположности, реализуя их единство.
- В развитии химии происходит строго закономерное, последовательное появление концептуальных систем. При этом вновь появляющаяся система опирается на предыдущую и включает ее в себя в преобразованном виде.
- Таким образом, система химии - единая целостность всех химических знаний, которые появляются и существуют не отдельно друг от друга, а в тесной взаимосвязи, дополняют друг друга и объединяются в концептуальные системы знаний, которые находятся между собой в отношениях иерархии.
- Понятие о химическом элементе
- Р. Бойль положил начало современному представлению о химическом элементе как о простом теле, переходящем без изменения из состава одного сложного тела в другое.
- Основоположником системного освоения химических знаний явился Д. И. Менделеев. В 1869 г. открыл периодический закон и разработал Периодическую систему химических элементов, в которой основной характеристикой элементов являются атомные веса.
- В современном представлении периодический закон выглядит следующим образом:
- «Свойства простых веществ, а также формы и
- свойства соединений элементов находятся в
- периодической зависимости от величины заряда
- ядра атома (порядкового номера)»
- Расположение химических элементов в порядке возрастания атомной массы привело к выявлению периодической зависимости: химические свойства повторяются через каждые семь элементов на восьмой.
- По химическим свойствам выделились 4 группы:
- - металлы: К, Мg, Na, Fe – очень активны, легко соединяются с другими веществами, образуя соли, щелочи;
- - неметаллы: S, Se, Si, Cl – значительно менее активны; в соединениях образуют кислоты;
- - газы: C, O, H, N – в молекулярном состоянии неактивны, в атомарном – высоко активны;
- - инертные газы: Ne, Ar, Cr – не вступают в химические соединения с другими веществами.
- В связи с открытиями в ядерной физике, стало известно, что валентность отражает количество электронов на последней орбитали, а также химическую активность элементов:
- чем меньше электронов на последней орбитали, - тем более они активны: щелочные и щелочно-земельные металлы – это 1-2 электрона, которые слабо удерживаются ядром и легко теряются атомом.
- Чем больше электронов на последней орбите, тем пассивнее химический элемент: например, медь, серебро, золото - среди металлов.
- Неметаллам с нарастающей валентностью свойственно захватывать электроны других элементов.
- У инертных газов валентность равна 8, и они не вступают в химические реакции. Поэтому их еще называют «благородными».
- Важнейшей особенностью основной проблемы химии является то, что она имеет всего четыре способа решения вопроса. Свойства вещества зависят от четырех факторов:
- 1) от элементного и молекулярного состава вещества;
- 2) от структуры молекул вещества;
- 3) от термодинамических и кинетических условий, в которых вещество находится в процессе химической реакции;
- 4) от уровня химической организации вещества.
- Современную картину химических знаний объясняют с позиций четырех концептуальных систем. На рисунке показано последовательное появление новых концепций в химической науке, которые опирались на предыдущие достижения.
- Химическим элементом называют все атомы, имеющие одинаковый заряд ядра.
- Особой разновидностью химических элементов являются изотопы, у которых ядра атомов отличаются числом нейтронов (поэтому у них разная атомная масса), но содержат одинаковое число протонов и поэтому занимают одно и тоже место в периодической системе элементов.
- Термин «изотоп» был введен в 1910 г. английским радиохимиком Ф. Содди. Различают стабильные (устойчивые) и нестабильные (радиоактивные) изотопы. Наибольший интерес вызвали радиоактивные изотопы, которые стали широко использоваться в атомной энергетике, приборостроении, медицине.
- Первым был открыт химический элемент фосфор в 1669 г., потом кобальт, никель и другие.
- Открытие французским химиком А. Л. Лавуазье кислорода и установление его роли в образовании различных химических соединений позволило отказаться от прежних представлений об «огненной материи» (флогистоне).
- В Периодической системе Д.И. Менделеева насчитывалось 62 элемента, в 1930-е гг. она заканчивалась ураном. В 1999 г. было сообщено, что путем физического синтеза атомных ядер открыт 114-й элемент
- В начале XIX в. Ж. Пруст сформулировал закон постоянства состава, в соответствии с которым любое химическое соединение обладает строго определенным, неизменным составом и тем самым отличается от смесей.
- Теоретически обосновал закон Пруста Дж. Дальтон в законе кратных отношений. Согласно этому закону состав любого вещества можно было представить как простую формулу, а эквивалентные составные части молекулы - атомы, обозначавшиеся соответствующими символами, - могли замещаться на другие атомы.
- Химическое соединение состоит из одного, двух и более разных химических элементов.
- С открытием сложного строения атома стали ясны причины связи атомов, взаимодействующих друг с другом, которые указывают на взаимодействие атомных электрических зарядов, носителями которых оказываются электроны и ядра атомов.
- Ковалентная связь осуществляется за счет образования электронных пар, в одинаковой мере принадлежащих обоим атомам.
- Ионная связь представляет собой электростатическое притяжение между ионами, образованное за счет полного смещения электрической пары к одному из атомов.
- Металлическая связь - это связь между положительными ионами в кристаллах атомов металлов, образующаяся за счет притяжения электронов, но перемещающаяся по кристаллу в свободном виде.
- Первая половина XIX в
- Ученые убеждены, что свойства веществ и их
- качественное разнообразие обусловлены не
- только составом элементов, но и структурой
- их молекул.
- Сотни тысяч химических соединений, состав
- которых состоит из нескольких
- элементов-органогенов (углерода, водорода, кислорода, серы, азота, фосфора).
- Органогены - элементы, составляющие основу живых систем.
- В состав биологически важных компонентов живых систем входят еще 12 элементов: натрий, калий, кальций, магний, железо, цинк, кремний, алюминий, хлор, медь, кобальт, бор.
- На основе шести органогенов и еще около 20 других элементов природа создала около 8 млн. различных химических соединений, обнаруженных к настоящему времени. 96% из них приходится на органические соединения.
- Возникновение структурной химии означало, что появилась возможность для целенаправленного качественного преобразования веществ, для создания схемы синтеза любых химических соединений.
- Основы структурной химии были заложены Дж. Дальтоном, который показал, что любое химическое вещество представляет собой совокупность молекул, состоящих из определенного количества атомов одного, двух или трех химических элементов.
- И.-Я. Берцелиус выдвинул идею, что молекула представляет собой не простое нагромождение атомов, а определенную упорядоченную структуру атомов, связанных между собой электростатическими силами.
- Бутлеров впервые в истории химии обратил внимание на энергетическую неравноценность разных химических связей. Эта теория позволила строить структурные формулы любого химического соединения, так как показывала взаимное влияние атомов в структуре молекулы, а через это объясняла химическую активность одних веществ и пассивность других.
- В основе учения находятся химическая термодинамика и кинетика. Основоположник этого направления стал русский химик Н.Н. Семенов, основатель химической физики.
- Важнейшей задачей химиков становится умение управлять химическими процессами, добиваясь нужных результатов.
- Методы управления химическими процессами делятся
- термодинамические (влияют на смещение химического равновесия реакции)
- кинетические (влияют на скорость протекания химической реакции).
- Французский химик Ле Шателье в конце XIX в. сформулировал принцип равновесия, т.е. метод смещения равновесия в сторону образования продуктов реакции. Каждая реакция обратима, но на практике равновесие смещается в ту или иную сторону. Это зависит как от природы реагентов, так и от условий процесса.
- Реакции проходят ряд последовательных стадий, которые составляют полную реакцию. Скорость реакции зависит от условий протекания и природы веществ, вступивших в нее:
- концентрация
- температура
- катализаторы
- Катализ(1812 г) - ускорение химической реакции в присутствии особых веществ - катализаторов, которые взаимодействуют с реагентами, но в реакции не расходуются и не входят в конечный состав продуктов.
- Типы:
- гетерогенный катализ - химическая реакция взаимодействия жидких или газообразных реагентов на поверхности твердого катализатора;
- гомогенный катализ - химическая реакция в газовой смеси или в жидкости, где растворены катализатор и реагенты;
- электрокатализ - реакция на поверхности электрода в контакте с раствором и под действием электрического тока;
- фотокатализ - реакция на поверхности твердого тела или в жидком растворе, стимулируется энергией поглощенного излучения.
- Применение катализаторов:
- при производстве маргарина
- многих пищевых продуктов
- средств защиты растений
- Задача органического синтеза – создание веществ со специфическими свойствами, не существующие в природе и обладающие почти неограниченным сроком жизни.
- Все искусственные полимеры практически не разрушаются в естественных условиях, не теряют своих свойств в течение 50-100 лет. Единственный способ их утилизации – уничтожение: либо сжигание, либо затопление.
- При сжигании углеводородов, выделяется углекислота – один из основных загрязнителей атмосферы, наряду с метаном и хлорсодержащими веществами. Именно она ответственна за катастрофические процессы в атмосфере, которые находят выражение в эффекте климатических изменений.
- Новые популярные источники энергии ХХI: биоэтанол, электричество, энергия солнечная батарей, водород и обычная вода.
- Биоэтанол – это возобновляемый вид топлива. Этанол может добываться различными способами. Например, из зерновых культур: кукурузы, пшеницы, ячменя и корнеплодов - из картофеля, сахарной свеклы и т.п.
- Сложность заключается в том, что это не совсем рентабельный источник энергии: для его развития необходимы дополнительные территории и вода. Кроме того, добыча этанола в технических целях – угроза пищевой безопасности на планете.
- Еще одно популярное направление исследований альтернативных источников энергии – возможность использования энергии нашей звезды.
- В 2009 г. на ежегодной выставке-ярмарке автомобилей японские автопроизводители демонстрировали автомобили, которые работают на основе энергии расщепления молекул воды. Энергия синтеза воды из молекул водорода и кислорода сопровождается выбросом энергии, которая используется в двигателях.
- Прикладная химия предлагает новые материалы, которые способны заменить металлы, хлопок, лен, шелк, дерево.
- Французы нашли способ производства бумаги из отходов сахарного производства.
- Долговечность пластика и синтетических материалов в данном случае – благо, спасение от техногенных катастроф.
- Силикон, который уже давно и с успехом используют в пластической хирургии и косметологии, японские инженеры рискнули применить для замены металлического корпуса автомобиля. Машины не деформируются, люди не страдают в авариях.
- Дедерон, лайкра, эластан – материалы, которые активно используют в легкой, текстильной, чулочно-носочной индустрии. Очень популярны гибридные ткани, в которых присутствуют молекулы натуральных материалов: льна, хлопка и синтетические материалы вроде эластанов.
- Искусственные шелка, искусственные мех, искусственные кожи – все это пути снижения антропогенного давления на животные и растительные виды.
- Органический синтез и прикладная химия открывает широкую дорогу для замены естественного – искусственным, снижая индустриальный прессинг на среду обитания.
- Вопрос утилизации пластмасс, твердых промышленных и бытовых отходов решается за счет улучшения дорог.
- В 1980-е гг. были изобретены и синтезированы первые пластики, способные к биологическому разложению. Канадский химик Джеймс Гуиллер, которого ужаснули груды пустых пластиковых бутылок, разбросанные вдоль итальянских дорог, задумался о возможности их разрушения в естественных условиях и в небольшие сроки. Гуиллер синтезировал первый экологически чистый пластик – биопал, который разлагается бактериями, живущими в почве.
- В 90-е гг. химики занялись поиском технологий отхода от традиционного сырья для производства пластмасс - нефтепродуктов. В ХХI в. был наконец найден катализатор, позволяющий создавать пластик из апельсиновой кожуры и углекислоты. Он был синтезирован на основе лимонина – органического вещества, входящего в состав цитрусовых.
- Пластик получил название полилимонин карбонат.
- Внешне он похож на пенопласт, а его качества
- не уступают качествам традиционных пластмасс
- Создание искусственных материалов на основе нанотехнологий. Корень «нано» с древнегреческого переводится как «малыш», «карлик».
- «Нанотехнологии – это способы манипулирования веществом на атомном и молекулярном уровне, в результате чего оно приобретает принципиально новые, уникальные химические, физические и биологические свойства».
- Один из опытов по наноманипулированию датируется уже IХ столетием. Это изобретение знаменитой дамасской стали, не заменимой в жестоких сражениях Средневековья.
- Сегодня нанопроизводства заняты созданием сверхтонких, сверхпрочных материалов, которые можно использовать на нашей планете и в космическом пространстве.
- Лидеры в создании наноматериалов – США
- и Европа.
- Успехи в синтезе наноматериалов российскими учеными
- Наноструктурированные композитные материалы для изготовления арф высокого качества, которые гораздо дешевле в производстве, чем традиционные музыкальные инструменты.
- Очень возможно, что драгоценные скрипки, созданные искусными руками Гварнери и Страдивари, также имеют отношение к нанопроизводству.
- Радиоэкранирующие и радиозащищающие материалы на основе кремния, которые отражают вредные излучения и могут быть использованы для защиты военной техники, экранируют более 99% электромагнитного излучения.
- Наноалмазы. Это искусственные материалы, содержащие алмазы, – твердые, стойкие к коррозии, к износу. Их можно использовать в нефтяной и металлургической промышленности
- для бурения скважин и при резке металла.
- Наноалмазы добавляют в смазочно-охлаждающие
- жидкости в качестве катализаторов химических
- реакций.
- ВЫВОДЫ
- Химическая наука на ее высшем эволюционном уровне углубляет представления о мире. Концепции эволюционной химии, в том числе о химической эволюции на Земле, о самоорганизации и самосовершенствовании химических процессов, о переходе от химической эволюции к биогенезу, являются убедительным аргументом, подтверждающим научное понимание происхождения жизни во Вселенной.
- Химическая эволюция на Земле создала все предпосылки для появления живого из неживой природы.
- Жизнь во всем ее многообразии возникла на Земле самопроизвольно из неживой материи, она сохранилась и функционирует уже миллиарды лет.
- Жизнь полностью зависит от сохранения соответствующих условий ее функционирования. А это во многом зависит от самого человека.
Химия - еще материалы к урокам:
- Проектная работа по химии "Глутамат натрия-причина пищевой наркомании"
- Контрольная работа "Начальные понятия и законы химии" 8 класс (с ответами)
- Задания для повторения курса химии 9 класс за I четверть
- Конспект урока "Физические и химические явления. Химические реакции" 8 класс
- Тест "Уравнения химических реакций" 9 класс (с ответами)
- Входная диагностическая работа по химии 10 класс с ОВЗ (ТНР)