ХИМИЯ. I. Предмет и структура химии
Химия - одна из отраслей естествознания,
предметом изучения к-рой являются хим. элементы (атомы), образуемые
ими простые и сложные вещества (молекулы), их превращения и законы,
к-рым подчиняются эти превращения. По определению Д. И. Менделеева (1871),
"химию в современном ее состоянии можно... назвать учением об элементах".
[Происхождение слова "химия" выяснено не окончательно. Мн. исследователи
полагают, что оно происходит от старинного наименования Египта - Хемия
(греч. Chemia, встречается у Плутарха), к-рое производится от "хем" или
"хаме"-чёрный и означает "наука чёрной земли" (Египта), "египетская наука".]
Совр. X. тесно связана как с др. науками,
так и со всеми отраслями нар. х-ва.
Качественная особенность хим. формы движения
материи и её переходов в др. формы движения обусловливает разносторонность
хим. науки и её связей с областями звания, изучающими и более низшие, и
более высшие формы движения. Познание хим. формы движения материи обогащает
общее учение о развитии природы, эволюции вещества во Вселенной, содействует
становлению целостной материалистической картины мира. Соприкосновение
X. с др. науками порождает специфические области взаимного их проникновения.
Так, области перехода между X. и физикой представлены физической
химией и химической физикой. Между X. и биологией, X.
и геологией возникли особые пограничные области - геохимия, биохимия,
биогеохимия, молекулярная биология. Важнейшие законы X. формулируются
на матем. языке, и теоретич. X. не может развиваться без математики. X.
оказывала и оказывает влияние на развитие философии и сама испытывала и
испытывает её влияние.
Исторически сложились два осн. раздела
X.: неорганическая химия, изучающая в первую очередь хим. элементы
и образуемые ими простые и сложные вещества (кроме соединений углерода),
и органическая химия, предметом изучения к-рой являются соединения
углерода с др. элементами (органич. вещества). До кон. 18 в. термины "неорганич.
X." и "органич. X." указывали лишь на то, из какого -"царства" природы
(минерального, растительного или животного) получались те или иные соединения.
Начиная с 19 в. эти термины стали указывать на присутствие или отсутствие
углерода в данном веществе. Затем они приобрели новое, более широкое значение.
Неорга-нич. X. соприкасается прежде всего с геохимией и далее с минералогией
и
геологией, т. е. с науками о неорганической природе. Органич. X. представляет
отрасль X., к-рая изучает разнообразные соединения углерода вплоть до сложнейших
биополимерных веществ; через органич. и биоорганическую химию X.
граничит с биохимией и далее с биологией, т. е. с совокупностью наук о
живой природе. На стыке между неорганической и органической химией находится
область элементоорганических соединений.
В X. постепенно сформировались представления
о структурных уровнях организации вещества. Усложнение вещества, начиная
от низшего, атомарного, проходит ступени молекулярных, макромоле-кулярных,
или высокомолекулярных, соединений (полимер), затем межмолекулярных (комплекс,
клатрат, катенан), наконец, многообразных макроструктур (кристалл, мицелла)
вплоть до неопределённых нестехиометрических образований. Постепенно сложились
и обособились соответствующие дисциплины: X. комплексных соединений,
полимеров, кристаллохимия, учения о дисперсных системах и поверхностных
явлениях, сплавах и др.
Изучение хим. объектов и явлений физ. методами,
установление закономерностей хим. превращений, исходя из общих принципов
физики, лежит в основе физ. химии. К этой области X. относится ряд в значит,
мере самостоят, дисциплин: термодинамика химическая, кинетика химическая,
электрохимия, коллоидная химия, квантовая химия и учение о строении
и свойствах молекул, ионов, радикалов, радиационная химия, фотохимия,
учения
о катализе, хим. равновесиях, растворах и др. Самостоят. характер
приобрела аналитическая химия, методы к-рой широко применяются во
всех областях X. и хим. пром-сти. В областях практич. приложения X. возникли
такие науки и науч. дисциплины, как химическая технология с множеством
её отраслей, металлургия, агрохимия, медицинская X., судебная X.
и др.
II. Очерк исторического развития химии
Как область практич. деятельности X. уходит
корнями в глубокую древность (Египет, Индия, Китай и др. страны). Задолго
до нашей эры человек познакомился с превращениями различных веществ и научился
пользоваться ими для своих нужд. Одна из древнейших ветвей X.- металлургия.
За 4-3 тыс. лет до н.э. начали выплавлять медь из руд, а позже изготовлять
сплав меди с оловом (бронзу). Во 2-м тысячелетии до н. э. научились
получать из руд железо сыродутным процессом. За 1600 лет до н.э.
начали применять для крашения тканей природную краску индиго, а
несколько позже-пурпур и ализарин, а также приготовлять уксус,
лекарства из растит, материалов и др. продукты, выработка к-рых связана
с хим. процессами. К истокам X. относятся альтернативные в то время атомистическое
учение и учение об элементах-стихиях древней натурфилософии.
В 3-4 вв. н. э. в Александрии зародилась
алхимия,
признававшая
возможным превращение с помощью т. н. философского камня неблагородных
металлов в благородные - в золото и серебро. Главным в X. этого периода
было наблюдение отдельных свойств веществ и объяснение их
с помощью
субстанций (начал), якобы входящих в состав этих веществ.
Начиная с эпохи Возрождения в связи с развитием
производства всё большее значение в алхимии стало приобретать производственное
и вообще практическое направление: металлургия, стеклоделие, изготовление
керамики и красок (труды В. Бирингуччо, Г. Агриколы, Б. Палисси
и
др.). Возникло особое мед. направление -ятрохимия (Т. Парацелъс,
Я.
Б. ван Гелъмонт и др.). Эти два направления характерны для этапа
практич. X. 16 -1-й пол. 17 вв., к-рый непосредственно подвёл к созданию
X. как науки. В этот период были накоплены навыки экспериментальной работы
и наблюдений в области X., в частности разработаны и усовершенствованы
конструкции печей и лабораторных приборов, методы очистки веществ (кристаллизация,
перегонка и др.), получены новые хим. препараты. В нач. 2-й пол. 17 в.
Р. Бойлъ доказал несостоятельность алхимических представлений, дал
первое науч. определение понятия хим. элемента и тем самым впервые поднял
X. на уровень науки. Процесс превращения X. в науку занял более ста лет
и завершился открытиями А. Л. Лавуазье. Первая теория в X.- теория
флогистона (в её основе лежало признание особого гипотетич. начала горючести
-флогистона), хотя и была ошибочной, тем не менее обобщила широкий
круг фактов, касавшихся горения и обжига металлов. Со 2-й пол. 17 в. стал
быстро развиваться хим. анализ, сначала -качественный (начиная с Бойля),
а с сер. 18 в. - количественный (начиная с М. В. Ломоносова и Дж.
Блэка).
В 1748 Ломоносов и позднее Лавуазье открыли
закон сохранения веса (массы) веществ при химических реакциях. Созданием
кислородной теории Лавуазье, по словам Ф. Энгельса, "...впервые поставил
на ноги всю химию, которая в своей флогистонной форме стояла на голове"
(Маркс К. и Энгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 24, с. 20). В кон. 18 в. X. окончательно
приобрела черты подлинной науки.
X. 19 в. характеризуется развитием хим.
В 1852 Э. Франкленд, изучая металло-органич.
Первый международный конгресс химиков в
По мере открытия новых хим. элементов всё
На основе периодич. системы Менделеев исправил
По мере прогресса физики и X. устанавливались
Изучение тепловых эффектов хим. процессов
Успешно начатые Г. Дэви электрохим.
Одновременно развивалось учение о растворах,
Наблюдения над жидкими системами показали,
Уже в нач. 19 в. были получены первые сведения
Со 2-й пол. 19 в. развивается учение о
Конец 19 в. ознаменовался тремя выдающимися
Открытый Г. Мозли закон (1913) связал
С решением проблемы строения атома
Однако только на основе квантовой механики
Новейший этап развития X. характеризуется
Совр. теоретич. X. основывается на общефиз.
Квантовохим. рассмотрение кинетич. соотношений,
Детальное изучение кинетики и механизмов
Ядерные превращения и сопутствующие им
Взаимодействие вещества с излучением и
В электрохимии накоплен большой материал
Влияние магнитных полей на хим. поведение
Хим. превращения совершаются во всех агрегатных
В совр. X. накапливаются данные о хим.
Обнаружение сложных органич. молекул в
Геохимия вулканогенных и осадочных пород,
Большие успехи сделала органич. химия.
Химия полимеров, к-рая сформировалась в
На всех структурных уровнях организации
Воздействие хим. процессов, происходящих
Традиционные для биохимии нейро-химич.
С сер. 20 в. происходят коренные изменения
Из числа чисто хим. методов, разработанных
Люминесцентный анализ, метод меченых
Для установления строения хим. соединений
Обнаружение взаимодействия между электронами
Для исследования космич. объектов с успехом
Потребности общества породили хим. технологию.
Синтетич. технология в X. эволюционирует
Важная тенденция развития химической технологии
Наблюдается быстрое расширение источников
Усиление роли X. как науки сопровождается
Научные учреждения и организации, периодические
Междунар. организацией, осуществляющей
В СССР химиков объединяет Всесоюзное химическое
Основные периодические издания, в к-рых
Лит.: Библиография, история и методология
Современные руководства и пособия для высших
См. также ст. Химические энциклопедии,
А
Б
В
Г
Д
Е
Ё
Ж
З
И
Й
К
Л
М
Н
О
П
Р
С
Т
У
Ф
Х
Ц
Ч
Ш
Щ
Ъ
Ы
Ь
Э
Ю
Я
атомистики (см. Атомизм). Атомное учение в 17-18 вв. разрабатывалось
преим. с сугубо абстрактной, механистич. точки зрения. Но уже Ломоносов
близко подошёл к приложению атомной гипотезы к задачам X. Хим. атомистика
родилась из слияния старой натурфилософской идеи об атомах с опытными аналитич.
данными о хим. количеств, составе веществ. В течение первых двух третей
19 в. в X. сформировались два фундаментальных её понятия - атомного веса
(см. Атомная масса) и валентности, или "атомности"; позднее
(1869) Менделеевым была раскрыта связь между ними. В 1803 Дж. Дальтон
вывел
из идей атомистики кратных отношений закон, а затем (1804) подтвердил
его экспериментально. На этой основе он разработал представление об атомных
весах и составил их первые таблицы, приняв за единицу соединительный вес
("пай") водорода. Однако значения атомных весов элементов были ещё весьма
неточны, отчасти из-за несовершенства измерит, приборов, отчасти потому,
что ещё не было установлено правильное соотношение между понятиями атома
и молекулы. Представление о молекуле и её отличии от атома выдвинули А.
Авогадро
(1811)
и А. Ампер (1814), но
закон кратных отношений Дальтона, распространил его на органич. соединения,
опубликовал (1814) таблицу более точных, чем у Дальтона, атомных весов
46 элементов и ввёл новые знаки химические.
Опираясь на первые данные
о существовании связи между электрич. и хим. процессами (см. Электрохимия),
Берцелиус
выдвинул "дуалистическую" теорию (1812-19), согласно к-рой хим. взаимодействия
обусловлены действием электрич. сил, поскольку допускалось, что в каждом
атоме, в любой атомной группировке имеются два электрич. полюса. Были сделаны
попытки приложить эту теорию к органич. X., а именно: к радикалов теории,
согласно
к-рой органич. соединения также состоят из двух частей, причём одна часть
является радикалом - группой атомов, к-рая ведёт себя подобно отдельному
атому и может без изменения переходить из одного хим. соединения в другое.
На смену дуалистич. теории пришла унитарная (молекулярная) теория Ш. Ф.
Жерара
и, соответственно, на смену теории радикалов - типов теория.
Теория
типов отражала не строение вещества, а его хим. превращения, впервые указывая
на реакционную активность т. н. функциональных групп молекулы. Поэтому
у одного вещества могло быть несколько различных "типических" формул. Сами
же органич. соединения рассматривались как продукты замещения атомов водорода
др. атомами или группами атомов (остатками) в молекулах водорода, воды,
хлористого водорода и аммиака. Теория типов, в особенности введённое Жераром
представление о гомологических рядах,
сыграла положит, роль в классификации
органич. веществ и их превращений.
соединения, заложил основы учения о валентности. Он показал, что атомы
элементов обладают определённой "соединительной силой, удовлетворяясь одним
и тем же числом присоединяющихся атомов". За единицу валентности была принята
валентность водорода. Позднее Ф. А. Кекуле ввёл понятие о соединениях
типа метана; из этого следовало, что атом углерода четырёхвалентен; он
же высказал предположение (1858), что атомы углерода могут соединяться
в цепи. В том же году А. Купер впервые составил графич. формулы
органич. соединений, исходя из того, что атом углерода четырёхвалентен.
Однако Кекуле не сумел ещё полностью преодолеть ограниченность "типических"
воззрений. Это сделал А. М. Бутлеров (1861), создав химического
строения теорию, согласно к-рой хим. свойства вещества определяются
составом и строением молекул, а реакционная способность зависит от того,
в какой последовательности атомы связаны в данной молекуле, а также от
их взаимного влияния.
Карлсруэ (1860) чётко разграничил понятия атома, молекулы, эквивалента;
это способствовало дальнейшему развитию X. В 1859-61 она обогатилась весьма
совершенным методом спектрального анализа, благодаря чему удалось
обнаружить присутствие нек-рых хим. элементов в составе небесных тел; была
установлена связь между физикой (оптикой), астрономией и X.
острее ощущалась необходимость их систематизации. В 1869 Д. И. Менделеев
обнаружил
их взаимную связь: он создал периодическую систему элементов
и открыл
лежащий в её основе закон (периодический закон Менделеева).
Это
открытие явилось теоретич. синтезом всего предшествующего развития X.:
Менделеев сопоставил физ. и хим. свойства всех известных тогда 63 хим.
элементов с их атомными весами и раскрыл зависимость между двумя важнейшими
количественно измеримыми свойствами атомов, на к-рых строилась вся X.,-
атомным весом и валентностью ("формами соединений").
ранее принятые значения атомных весов многих элементов и предсказал ряд
не открытых ещё элементов, подробно описав предполагаемые свойства трёх
из них. Эти прогнозы, а вместе с ними и сам периодич. закон вскоре получили
блестящее опытное подтверждение. В дальнейшем периодич. закон лёг в основу
развития X. и всего учения о веществе.
основные понятия и законы, к-рые, с одной стороны, поставили на более высокую
ступень обе эти науки, а с другой - послужили основой для становления физ.
химии, зарождение отдельных отраслей к-рой началось ещё в кон. 18 - 1-й
пол. 19 вв. В исследовании общих закономерностей, управляющих хим. процессами,
оказалась крайне заинтересованной и хим. пром-сть, достигшая значит, успехов
к 80-м гг. 19 в.
получило прочную основу после открытия Г. И. Гессом (1840) основного
теплового закона хим. процессов (см. Тесса закон). Во 2-й пол. 19
в. большая работа по определению теплот хим. реакций была проделана П.
Э. М. Бертло, X. П. Ю. Томсеном, Н. Н, Бекетовым и
др.; она завершилась к кон. 19 в. созданием одного из разделов физ. X.-
термохимии.
С
возникновением термодинамики и развитием термохимии в тесной связи
с последней во 2-й пол. 19 в. начинает развиваться хим. термодинамика,
изучающая энергетич. эффекты, к-рыми сопровождаются хим. процессы, самую
возможность, направление и пределы таких процессов и др. термодинамич.
явления
в физико-химич. системах (труды Дж. Гиббса,
Я. Вант-Гоффа,
А.
Ле
Шателье и др.).
исследования получили количеств, завершённость в трудах М. Фарадея,
открывшего
(1833-34) законы электролиза. Со 2-й пол. 19 в. началось изучение
механизма прохождения электрич. тока через растворы электролитов (работы
Р. Клаузиуса, И. В. Гитторфа, Ф. Коль-рауша и др.),
к-рое привело к созданию С. Аррениусом теории электролитической
диссоциации (1883-87). Согласно этой теории, электролиты в растворах
распадаются на ионы. Приложение законов термодинамики к электрохимии
позволило установить и причину возникновения эдс в гальванич. цепях.
к-рое
обогатилось результатами исследований Вант-Гоффа, посвящённых разбавленным
растворам; в этих трудах, выполненных в 1885-89, свойства растворённых
веществ сопоставлялись со свойствами газов, а растворитель считался
индифферентной средой. Согласно хим. теории водных растворов Менделеева,
разработанной в 1865-87, растворённое вещество и растворитель взаимодействуют
между собой в растворе. Менделеев не проводил резкой границы между хим.
взаимодействием и взаимодействием растворённого вещества и растворителя
в растворе. Этот вывод получил дальнейшее развитие в работах Н. С. Курнакова
и
его школы по физико-химическому анализу.
что наряду с истинными растворами, в к-рых растворённые вещества находятся
в виде отдельных молекул и ионов, существуют и такие, в к-рых "растворённое"
вещество находится в виде агрегатов, состоящих из огромного числа молекул.
Для таких систем Т. Грэм ввёл (1861) назв. "коллоиды". Дальнейшее
изучение дисперсных систем привело к созданию коллоидной химии.
об ускорении хим. реакций под действием небольших количеств нек-рых веществ.
Такие процессы Э. Мичерлих назвал контактными (1833), а Берцелиус-каталитическими
(1835). С тех пор как было налажено каталитич. производство серной кислоты
(60-е гг. 19 в.), интерес к таким процессам сильно возрос. К кон. 19 в.
учение о катализе и практич. использование катализаторов заняли
важное место в X. С катализом теснейшим образом связана адсорбция, открытая
Т. Е. Ловицем в 1785. В 1878 Гиббс установил основные законы поверхностных
явлений, адсорбции и образования новых фаз.
скоростях хим. реакций и хим. равновесии. Значение активной массы (концентрации)
реагирующих веществ было отмечено ещё в 1801-03 К. Бертолле. Последующая
разработка вопросов, связанных с равновесием хим. реакций, привела К. Гулъдберга
и
П. Вааге к открытию (1864-67) действующих масс закона,
к-рый
лёг в основу учения о скоростях реакций. Систематич. работы Н. А. Меншуткина
(с
1877) явились существенным вкладом в установление кинетич. закономерностей
хим. реакций. В 1884 Вант-Гофф суммировал накопившийся в этой области материал
в виде кинетич. уравнений.
III. Химия 20 века
открытиями в области физики, в результате к-рых была доказана сложная структура
атома, прежде считавшегося неделимым,- были открыты рентгеновские лучи,
явление
радиоактивности
и
электрон.
Это положило начало новому этапу в развитии X. После того как Э. Резерфорд
установил существование атомных ядер и предложил планетарную модель
атома (1911), началась успешная разработка теории строения атома, появились
новые представления об электрич. природе хим. сил (см.
Атом, Атомная
физика).
положение элемента в периодич. системе и его характеристическое рентгеновское
излучение. Это привело к выводу, что атомный номер хим. элемента численно
равен заряду атомного ядра этого элемента, а следовательно общему числу
электронов в оболочке нейтрального атома. Ещё более глубокое понимание
периодич. закона было достигнуто на основании работ Н. Бора и др.
учёных, показавших, что по мере перехода от элементов с меньшими атомными
номерами к элементам с большими их значениями происходит заполнение электронами
оболочек (уровней и подуровней), всё далее расположенных от ядра. При этом
периодически повторяется сходная структура внешних электронных конфигураций,
от чего и зависит в основном периодичность химических и большинства физ.
свойств элементов и их соединений. Решающую роль в понимании закономерностей
заполнения электронных оболочек атома и объяснении атомных и молекулярных
спектров сыграл Паули принцип. Сделанные открытия позволили решить
многие вопросы, связанные с дальнейшей разработкой и теоретич. обоснованием
периодич. системы Менделеева. Обнаружение изотопов показало, что
не атомная масса, а заряд ядра определяет место элемента в периодич. системе.
Открытием нейтронов (Дж. Чедвик, 1932) и искусственной радиоактивности
(И. и Ф. Жолио-Кюри, 1934) были заложены основы получения новых
радиоактивных изотопов и элементов, отсутствующих в природе, и последующего
синтеза трансурановых элементов.
связан вопрос о природе химической связи. В. Коссель (1916)
и Г. Льюис (1916) предложили первые электронные теории валентности
и хим. связи. Теория Косселя рассматривала образование ионной связи, теория
Льюиса - ковалент-ной. Описательная сторона этих теорий, хорошо согласующаяся
с моделью атома Бора и объясняющая нек-рые характерные особенности хим.
связи, сохраняет
в известной мере своё значение до сих
пор. Выдвинутые позже концепции, в частности резонанса теория (Л.
По-линг),
позволяют
получать нек-рые качественные и полуколичественные данные о симметрии молекул,
об эквивалентности тех или иных связей и структурных элементов в молекулах,
о стабильности и реакционной способности молекул.
удалось
объяснить природу хим. связи, точно рассчитать энергию связи для простейшей
молекулы - молекулы водорода (нем. учёные В. Гейт-лер
и Ф. Лондон,
1927) - и многие физ. параметры др. двухатомных и нескольких многоатомных
молекул (Н
электрич. и магнитные свойства, насыщаемость и направленность связей.
быстрой разработкой пространств, представлений о строении вещества, стереохим.
концепций. Ещё в 1874-75 Ж. А. Ле Бель и Вант-Гофф высказали предположение,
что 4 атома или радикала, связанные с атомом углерода, расположены не в
одной плоскости, а в пространстве, по вершинам тетраэдра, в центре к-рого
находится атом углерода. В связи с этим было расширено представление об
изомерии,
установлено
неск. её видов и были заложены основы стереохимии.
Для мн. молекул
были определены их стабильные пространств, конфигурации; в дальнейшем исследователи
установили лабильные конформации молекул, возникающие в результате нек-рого
затруднения свободного вращения атомных групп вокруг простых связей (см.
Конформационный
анализ).
учении о строении материи, на достижениях квантовой теории, термодинамики
и статистич. физики. Применение методов квантовой механики к решению хим.
задач привело к возникновению квантовой X. Её задачей стало решение волнового
уравнения Шредин-гера для многоэлектронных систем молекул. Одним из первых
результатов была теория валентных связей, ещё широко использовавшая традиционное
представление о паре электронов как носительнице хим. связи (Гейтлер, Лондон,
Дж. Слэтер, Полинг). Затем был разработан метод молекулярных орбита-лей
(МО), рассматривающий целостную электронную структуру молекулы; каждая
молекулярная орбиталь (волновая функция) учитывает вклад в неё всех электронных
орбиталей атомов (см. Молекулярных орбиталей метод). Наиболее распространённый
вариант метода МО осн. на приближённом описании молекулярных орбиталей
через линейную комбинацию атомных орбиталей (ЛКАО МО). В ряде случаев для
простейших молекул на основе использования новейшей вычислит, техники могут
быть проведены весьма сложные расчёты молекул без всяких предварительных
упрощений задачи. На основе указанного метода рассчитываются энергетические
и электронные параметры молекул (распределение электронной плотности, величина
энергии, длина и порядок связей, нек-рые физ. свойства соединений). Метод
МО получил ныне распространение в теории органич. X. В неорганич. X. на
основе его сочетания с теорией кристаллического поля (X. Бете) возникла
теория поля лигандов.
установленных Аррениусом и Вант-Гоффом, привело к возникновению учения
об абсолютных скоростях хим. реакций, являющегося основой хим. кинетики.
Это позволило вычленить очень важную теоретич. проблему совр. X.-вопрос
о природе переходного состояния, промежуточного активированного комплекса,
внутри
к-рого происходят во многом ещё неясные процессы перестройки структуры
молекул.
реакций, исследование элементарных актов хим. взаимодействий -важная задача
хим. физики. Большое значение приобрели работы в области цепных реакции,
основы
теории к-рых были разработаны Н. Н. Семёновым и С. Хиншелвудом.
Кинетические
исследования сыграли важную роль в развитии технологии переработки нефти,
горения топлива, синтеза высокомолекулярных веществ. Показана возможность
хим. фиксации азота при обычных темп-ре и давлении, что может существенно
изменить будущую технологию.
физико-химич. явления, продукты ядерных реакций, радиоактивные изотопы,
элементы и вещества служат объектами изучения ядерной химии и радиохимии.
Работы
в этом направлении имеют большое значение для получения и извлечения атомного
сырья, разделения изотопов, использования расщепляющихся материалов.
частицами высоких энергий различной природы, приводящее к хим. превращениям,
изучается радиационной X. Воздействие радиации инициирует многие процессы,
в т. ч. синтез высокомолекулярных соединений из мономеров. В частности,
под действием света происходят фотохимич. реакции. Фотохимия исследует
как связывание энергии электромагнитного излучения (напр., в фотосинтезе,
осуществляемом зелёными растениями), так и многочисленные реакции синтеза
и распада, изомеризации и перегруппировок, возникающие в ходе указанного
взаимодействия. Для пром. произ-ва перспективно использование мощной энергии
лазера.
по исследованию электролитов, их электропроводности, электрохимич. процессов,
создана электрохимич. кинетика, изучаются неравновесные электродные потенциалы,
процессы коррозии металлов, разрабатываются новые химические
источники тока. Успехи теоретич. электрохимии позволили дать более
прочную науч. основу мн. пром. электрохимич. процессам.
молекул рассматривается магнетохимией. Область термохимич. исследований
расширилась в результате изучения взаимодействия вещества с плазмой,
в
частности в целях использования в плазмохимич. технологии. Становление
плазмохимии
относится
к 60-м гг., когда были выполнены основополагающие работы в СССР, США и
ФРГ.
состояниях вещества-в жидком, газообразном и твёрдом. Всё большую актуальность
приобретают исследования хим. реакций твёрдых тел (топохимические реакции).
эволюции вещества во Вселенной, что позволяет составить общую картину эволюции
природы. Совр. ядерная физика и астрофизика сформировали
представление о возникновении хим. элементов. На основе изучения X. метеоритов,
вулканич. земных пород, лунного грунта постепенно вырисовывается картина
хим. дифференциации вещества на планетной стадии развития, в частности
геохим. эволюции (см. Геохимия, Космохимия).
межзвёздном пространстве, в метеоритах и древнейших горных породах Земли,
а также модельные опыты по синтезу сложных органич. веществ из простейших
соединений (СН, СО
представить этапы хим. эволюции материи, предшествовавшие возникновению
жизни (см. также Происхождение жизни).
гидрохимия,
X.
атмосферы, биогеохимия постепенно формируют представления о планетарных
миграциях хим. элементов, биохимия - о жизненных циклах. На основе этих
данных всё более наполняется конкретным содержанием учение В. И. Вернадского
о
решающей роли процессов жизнедеятельности для понимания судьбы хим. элементов
на нашей планете.
Так, разработаны автоматич. методы синтеза многих белков; установлена структура
ряда важных природных веществ -тетродотоксина, гемоглобина, аспартат-аминотрансферазы,
содержащей 412 аминокислот, и др.; синтезированы сложнейшие природные соединения
- хинин, витамин Bi2 и даже хлорофилл. Огромное влияние оказала органич.
химия на развитие молекулярной биологии. Органич. химия легла в основу
создания мощной индустрии тяжелого органич. синтеза.
самостоятельную хим. дисциплину лишь в 30-х гг., изучает весь комплекс
представлений о путях синтеза высокомолекулярных соединений, их свойствах
и превращениях, а также о свойствах тел, построенных из макромолекул. Для
совр. этапа химии полимеров характерно углублённое изучение механизмов
каталитич. полимеризации, вызываемой металлоор-ганич. соединениями, в частности
синтеза стереорегулярных полимеров, исследование микроструктуры высокомолекулярных
соединений. Установлено, что свойства полимеров зависят не только от хим.
состава, строения и размеров макромолекул, но и в неменьшей степени от
их взаимного расположения и упаковки (над-молекулярной структуры). Важным
достижением явилось создание термостойких полимеров (кремнийорганических,
полиимидов и др.). Успехи химии полимеров позволили создать такие важнейшие
отрасли хим. пром-сти, как произ-ва пластмасс, синтетич. каучука, хим.
волокон, лакокрасочных материалов, иони-тов, клеёв и др.
живого важнейшую роль играют специфические хим. процессы. Непрерывный обмен
веществ в организме представляет собой сложнейшую систему согласованных
хим. реакций, осуществляемых с участием специфич. белковых катализаторов
- ферментов.
во внеш. среде, на сообщества организмов (биоценозы), хим. миграция элементов
внутри экосистем, хим. стимулирование или подавление симбио-тических или
конкурентных видов исследуются в рамках хим. экологии. Формирование
поведения организмов в сообществах в значит, степени зависит от хим. средств
передачи информации (напр., феромонов, используемых животными для
привлечения или отпугивания др. особей, регуляции жизнедеятельности в семьях
пчёл, муравьев и т. д.).
исследования переросли в новую отрасль знаний, изучающую влияния хим. соединений
на психич. процессы; формируется т. н. молекулярная психобиология, связывающая
молекулярную биологию с наукой о поведении (см. также Психофармакология
).
IV. Современные методы исследования
в химии
в методах хим. исследований, в к-рые вовлекается широкий арсенал средств
физики и математики. Классич. задачи X.- установление состава и строения
веществ - всё успешнее решаются с использованием новейших физ. методов.
Неотъемлемой чертой теоретич. и экспериментальной X. стало применение новейшей
быстродействующей вычислит, техники для квантовохимич. расчётов, выявления
кинетич. закономерностей, обработки спектроскопич, данных, расчёта структуры
и свойств сложных молекул.
в 20 в., следует отметить микрохимический анализ, позволяющий производить
аналитич. операции с количествами веществ, в сотни раз меньшими, чем в
методе обычного хим. анализа. Большое значение приобрела хроматография,
служащая
не только для аналитич. целей, но и для разделения весьма близких по хим.
свойствам веществ в лабораторных и пром. масштабах. Важную роль играет
физико-химич. анализ (ФХА) как один из методов определения хим. состава
и характера взаимодействия компонентов в растворах, расплавах и др. системах.
В ФХА широко используются графические методы (диаграммы состояния и
диаграммы
состав-свойство). Классификация последних позволила уточнить понятие
хим. индивида, состав к-рого может быть постоянным и переменным (см. Далътониды
и бертоллиды). Предсказанный Курнаковым класс несте-хиометрических
соединений приобрёл большое значение в материаловедении и новой области
- X. твёрдого тела.
атомов (см. Изотопные индикаторы), рентгеновский структурный анализ,
электронография, полярография и др. физико-химич. методы анализа находят
широкое применение в аналитич. X. Использование радиохимич. методик позволяет
обнаружить присутствие всего нескольких атомов радиоактивного изотопа (напр.,
при синтезе трансурановых элементов).
важное значение имеет молекулярная спектроскопия (см. Молекулярные спектры),
с помощью к-рой определяются расстояния между атомами, симметрия, наличие
функциональных групп и др. характеристики молекулы, а также изучается механизм
хим. реакций. Электронная энергетич. структура атомов и молекул, величина
эффективных зарядов выясняются посредством эмиссионной и абсорбционной
рентгеновской
спектроскопии. Геометрия молекул исследуется методами рентгеновского
структурного анализа.
и ядрами атомов (обусловливающего сверхтонкую структуру их спектров), а
также между внеш. и внутр. электронами позволило создать такие методы установления
строения молекул, как ядерный магнитный резонанс (ЯМР), электронный
парамагнитный резонанс (ЭПР), ядерный квадруполъный резонанс (ЯКР),
гамма-резонансная спектроскопия (см. Мёссбауэра эффект). Особую
роль по широте применения приобрела ЯМР-спектроскопия. Для выяснения пространств.
характеристик молекул возрастающее значение приобретают оптич. методы:
спектрополяриметрия, круговой дихроизм, дисперсия оптич. вращения. Разрушение
молекул в вакууме под влиянием электронного удара с идентификацией осколков
применяется для установления их строения методом масс-спектроскопии.
Арсенал
кинетич. методов пополнился средствами, связанными с использованием ЭПР-
и ЯМР-спектроскопии (химическая поляризация ядер), метода импульсного
фотолиза и радиолиза. Это позволяет изучать сверхбыстрые процессы, протекающие
за время 10-9 сек и меньше.
применяются методы спектрального анализа в различных диапазонах электромагнитного
спектра. В частности, методами радиоастрономии в межзвёздном пространстве
были обнаружены облака хим. соединений, включающие такие относительно сложные
молекулы, как формальдегид, тиомочевину, метиламин, цианацетилен и др.
С развитием космич. полётов методы экспериментальной X. стали применяться
на внеземных объектах (Луна, Венера, Марс).
V. Химическая технология и тенденции
её развития
По выражению Бертло, X. начинает творить свой собственный объект исследования,
создавая сотни тысяч неизвестных природе соединении. В развитии хим. технологии
исторически первыми были методы упрощения, разложения готовых природных
форм: получение металлов из руд, выделение солей из сложных систем, перегонка
древесины и др. подобные приёмы. Фундаментом хим. технологии явилось произ-во
исходных веществ для мн. более сложных технологий: серной, соляной, азотной
кислот, аммиака, щелочей, соды и нек-рых др., составивших область основной
хим. пром-сти. Второй крупнейший историч. этап в хим. технологии характеризуется
переходом к методам синтеза, получения всё более сложных систем, что базируется
уже не только на эмпирич. данных, но и на теоретич. понимании природы,
строения и свойств хим. веществ, закономерностей их формирования (см. Синтез
химический).
от использования готовых природных веществ и материалов через их всё более
сложную модификацию к получению новых хим. продуктов, не известных в природе.
Так, технология проиэ-ва волокна начиналась с переработки природной целлюлозы,
затем перешла к её химически модифицированным формам (вискоза, ацетатный
шёлк) и в конечном итоге сделала скачок к синтетич. материалам на принципиально
новой основе (полиэфиры, полиамиды, полиак-рилонитрил). При этом отмечается
более ускоренное развитие технологии синте-тич. волокна по сравнению с
искусственным из природных полимеров.
- выход за исторически сложившиеся на нашей планете физико-химич. условия,
всё более широкое использование экстремальных условий, необычных факторов:
высокие темп-ры, сверхвысокие давления, воздействие плазмы, электрич. и
магнитных полей и излучений. Целью технологии становится получение веществ
с необычными и весьма ценными свойствами: сверхчистых и сверхтвёрдых, жаростойких
и жаропрочных материалов, полупроводников и люминофоров, фотохромов и термохро-мов,
катализаторов и ингибиторов, биостимуляторов и медикаментов.
хим. сырья. В производств, сферу вовлекается всё большее число хим. элементов
(вплоть до трансурановых), достигается более полная комплексная переработка
природных веществ, разрабатываются планы использования таких источников
сырья, как Мировой океан. Усиление искусственного хим. воздействия на природные
процессы часто приводит к нарушению установившихся природных хим. циклов,
к их разрывам и деформациям. Это осложняет т. н. экологическую проблему
- задачу сохранения и науч. регулирования среды обитания. Существенным
для решения этой задачи является создание замкнутых, безотходных хим. производств,
формирование регулируемых хим. циклов в системе природа-общество как важная
часть мероприятий по охране природы и окружающей среды.
интенсивным развитием фундаментальных, комплексных и прикладных исследований,
ускоренной разработкой новых материалов с заранее заданными свойствами,
новых технологических процессов. Одной из важнейших черт совр. развития
производит, сил является химизация народного хозяйства. См. также
Химическая
промышленность, Научно-технический прогресс, Научно-техническая революция.
Материально-техническая база коммунизма.
издания. Науч. работа в области химии проводится в ин-тах и лабораториях
академий наук, в отраслевых ин-тах, а также в лабораториях ун-тов, технич.
вузов, пром. объединений, фирм (см. Наука, Академия наук СССР, Химические
институты научно-исследовательские).
связи между науч. хим. центрами различных стран, является Международный
союз теоретической и прикладной химии, в к-рый входит Национальный
комитет сов. химиков при АН СССР. См. также Химические научные общества
и союзы, Химические конгрессы международные.
общество им. Д. И. Менделеева. Общество регулярно проводит съезды по
теоретич. и прикладной химии и издаёт свои журналы.
публикуются работы по химии, указаны в ст. Химические журналы.
химии. Библиография иностранной библиографии по химии, в. 1, М. - Л., 1966;
Химия в изданиях Академии наук СССР, т. 1, в. 1 - 2, М. - Л., 1947 - 51;
Блох М. А., Хронология важнейших событий в области химии и смежных дисциплин
и библиография по истории химии, Л. - М., 1940; Мусабеков Ю. С., Черняк
А. Я., Выдающиеся химики мира. Биобибл. указатель, М., 1971; Материалы
к библиографии по истории русской науки, сост. Р. П. Гаухман, в. 2, [М.],
1951; Материалы к биобиблиографии ученых СССР. Серия химических наук, в.
1-41 - , М.- Л., 1946 - 76; Меншуткин Н. А., Очерк развития химических
воззрений, СПБ, 1888; М е и е р Э., История химии от древнейших времен
до настоящих дней, пер. с нем., пре-дисл. Д. И. Менделеева, СПБ, 1899;
Л а-денбургА., Лекции по истории развития химии от Лавуазье до нашего времени,
пер. [с нем.], с присоединением "Очерка истории химии в России" П. И. Вальдена,
Од., 1917; Меншуткин Б. Н., Химия и пути ее развития, М. - Л., 1937; Ф
и г у р о в-ский Н. А., Очерк общей истории химии. От древнейших времен
до начала XIX в., М., 1969; Д ж у а М., История химии, пер. с итал., М.,
1975 (лит.); Очерки по истории химии, [Сб.], М., 1963; Труды Института
истории естествознания и техники АН СССР, т. 2, 6, 12, 18, 30, 35, 39,
М., 1954-62; Кузнецов В. И., Эволюция представлений об основных законах
химии, М., 1967; Соловьев Ю. И., Эволюция основных теоретических проблем
химии, М., 1971; Бутлеров А. М., Исторический очерк развития химии в последние
40 лет, Соч., т. 3, М., 1958; Г ь е л ь т Э., История органической химии
с древнейших времен до настоящего времени, пер. с нем., Хар. -К., 1937;
Шорлеммер К., Возникновение и развитие органической химии, пер. с англ.,
М., 1937; Главы из истории органической химии. [Сб. ст.], М., 1975; Б ы
к о в Г. В., История органической химии, М., 1976; С о л о в ь-е в Ю. И.,
Очерки по истории физической химии, М., 1964; Капустинский А. Ф., Очерки
по истории неорганической и физической химии в России..., М. - Л., 1949;
Арбузов А. Е., Краткий очерк развития органической химии в России, М. -
Л., 1948; е г о ж е, Избранные работы по истории химии, М., 1975; Советская
химия за двадцать пять лет. Сб. ст., М. - Л., 1944; Советская наука и техника
за 50 лет. 1917 -1967, в. 1-8, М., 1967 - 68; Советская химическая наука
и промышленность. 50 лет. [Сб. ст.], М., 1967; М а н о л о в К., Великие
химики, пер. с болг., т. 1 - 2, [М.], 1976; "Журнал Всесоюзного химического
общества им. Д. И. Менделеева", 1975, т. 20, № 6 (номер посвящён лауреатам
Нобелевской премии по химии); Кузнецов В. И., Диалектика развития химии,
М., 1973; Кедров Б. М., Три аспекта атомистики, [т.] 1 - 3, М., 1969; е
г о ж е, Энгельс о химии, М., 1971; Философские проблемы современной химии.
Сб. переводов, М., 1971; Гносеологические и социальные проблемы развития
химии, К., 1974; Жданов Ю. А., Очерки методологии органической химии, М.,
1960; Методологические проблемы современной химии, Сб. пер., М., 1967;
К о р р Н., Geschichte der Chemie, Bd 1-4, Braunschweig, 1843 - 47; Hoefer
FT.,
Histoire
de la chimie, 2 ed., v. 1 - 2, P., 1867 - 69; PartingtonJ.R., A history
of chemistry, v. 1 - 4, L. - N. Y., 1961 - 1970; Graebe C., Geschichte
der organischen Chemie, Bd 1, В., 1920; W a 1-d e n P., Geschichte der
organischen Chemie seit 1880, В., 1941; S z a b a d v a r у Р., Geschichte
der analytischen Chemie, Bdpst, 1966; Bu g g e G., Das Buch der grossen
Chemiker, Bd 1 - 2, Weinheim, 1955; Great chemists, ed. E. Farber, N. Y.
- L., 1961.
Классические работы. Ломоносов М.
В., Труды по физике и химии, Поли, собр. соч., т.1 - 2, М. - Л., 1950-51;
его ж е, Избр. труды по химии и физике, М., 1961; Дальтон Д ж., Сборник
избр. работ по атомистике. 1802-10, пер. с англ., Л., 1940; Бутлеров А.
М., Введение к полному изучению органической химии, Соч., т. 2, М., 1953;
е г о ж е, Избр. работы по органической химии, [М.], 1951; Столетие теории
химического строения. Сб. ст. А. М. Бутлерова, А. Кекуле, А. С. Купера,
В. В. Мар-ковникова, М., 1961; Марковников В. В., Избр. труды, М., 1955;
М е н-д е л е е в Д. И., Основы химии, Соч., т. 13 -14, Л. - М., 1949;
е г о ж е, Периодический закон. [Основные статьи], М., 1958; е г о ж е,
Периодический закон. Дополнительные материалы, М., 1960; Г и б б с Д ж.,
Термодинамические работы, пер. с англ., М. - Л., 1950; Вант-Гофф Я. Г.,
Очерки по химической динамике, пер. с франц.. Л., 1936; Цвет М. С., Хроматографический
адсорбционный анализ, М. - Л., 1946 (сер. "Классики науки"); Б раве О.,
Избр. научные труды, Л., 1974 (сер. "Классики науки"); Гедройц К. К., Избр.
научные труды, М., 1975 (сер. "Классики науки"); Lavoisier A. L., Oeuvres
de Lavoisier, t. 1, P., 1864; В e r z e 1 i u s J. J., Larbok i Kemien.
bd 1-6, Stockh., 1808-30; его же, Lehrbuch der Chemie, 5 Aufl., Bd 1-5,
Lpz., 1847-56; Gerhardt С h. F., Traite de chimie organi-que, t. 1 - 4,
P., 1854-60; О s t w a 1 d W., Lehrbuch der allgemeinen Chemie, Bd 1 -
2, Lpz., 1885-87; Ostwald's Klassiker der exak-ten Wissenschaften, № 1
- 244, Lpz., 1889 -1938 (изд. возобновлено в 1954 в ГДР и в 1965 в ФРГ);
Alembic club reprints, v. 1 - 28, Edinb., 1893-1912.
Справочные издания. Краткая химическая
энциклопедия, гл. ред. И. Л. Кнунянц, т. 1-5, М., 1961 - 67; Справочник
химика, под ред. Б. П. Никольского, 2 изд., т. 1 - 6, М. - Л., 1965-68;
Лурье Ю. Ю., Справочник по аналитической химии, М., 1962; Краткий справочник
по химии, под ред. О. Д. Куриленко, 4 изд., К., 1974; Химия. Справочное
руководство, пер. с нем., Л., 1975; Неорганическая химия. Энциклопедия
школьника, гл. ред. И. П. Алимарин, М., 1975; Г о р д о н А., Ф о р д Р.,
Спутник химика. Физико-химические свойства, пер. с англ., М., 1976; LandoltH.
- Born-stein R., Zahlenwerte und Funktionen aus Physik, Chemie, Astronomie,
Geophysik und Technik, 6 Aufl., Bd 1 - 4, В., 1966-75-; Gme-lins Handbuch
der anorganischen Chemie, 8 Aufl., System № 1 - 73 -, В.- L. [u. a.], 1926
- 74 -; Handbook of chemistry and physics, ed. R. C. Weast, 56 ed., Cleveland
(Ohio), 1975; M e 1 1 о r J. W., A comprehensive treatise on inorganic
and theoretical chemistry, v. 1 - 16, L.- [a. o.], [1947 - 57]; Nouveau
trai-te de chimie minerale, ed. P. Pascal, t. 1 -20, P., 1956 - 64; В e
i 1 s t e i n F. K., Handbuch der organischen Chemie, 4 Aufl., Bearb. von
B. Prager [u. a.], Bd 1-31, В., 1918-40 (из дополнит, тт.); Traite de chimie
organi-que, ed. V. Grignard, t. 1-23, P., 1935-54.
школ. Некрасов Б. В., Основы общей химии, 3 изд., [т.] 1 - 2, М., 1973;
П о-л и н г Л., Общая химия, пер. с англ., М., 1974; КемпбелДж., Современная
общая химия, пер. с англ., [т.] 1-3, М., 1975; Г л и н к а Н. Л., Общая
химия, 18 изд., Л., 1976; Курс физической химии, под ред. Я. И. Герасимова,
2 изд., т. 1 - 2, М., 1969 -1973; К и р е е в В. А., Курс физической химии,
3 изд., М., 1975; Несмеянов А. Н., Несмеянов Н. А., Начала органической
химии, кн. 1 - 2, М., 1969 - 70; Крешков А. П., Основы аналитической химии,
4 изд., [кн.] 1 - 2, М., 1976.
лит-ру
при ней и при статьях, на к-рые даны ссылки. Ю. А. Жданов, Б. М. Кедров.