Привет. В этом цикле статей я постараюсь рассказать в простой и доступной форме о такой науке, как химия. Эти уроки будут полезны как студентам, так и школьникам, а так же любым другим людям, которые внезапно захотели освежить свои знания. Сначала я расскажу о том, что такое химия, что изучает эта наука, расскажу о методе исследования, а потом мы совевшим увлекательное мысленное путешествие, которое начнется от нашего рабочего стола и приведет … да куда угодно оно может привести. Мысль и воображение безграничны. Мы заглянем в химические лаборатории, в недра земли, в микромир атомов и молекул, в космос, на дно морское и еще много куда.
И так, что же такое химия? Википедия дает вот такое определение:
Химия - это одна из важнейших и обширных областей естествознания, наука о веществах, их составе и строении, их свойствах, зависящих от состава и строения, их превращениях, ведущих к изменению состава — химических реакциях, а также о законах и закономерностях, которым эти превращения подчиняются.
Если говорить простыми словами, то химия – это наука о веществах. Собственно, о том, что одним вещества могут превращаться в другие, люди знали еще с древних времен. Сначала химии никакой не было. Да и вообще науки не было. Но люди, тем не менее, наблюдали за явлениями окружающего мира и как то систематизировали уведенные факты, что бы потом использовать в повседневной жизни. В частности, люди заметили, что при горении огня из дерева образуется уголь и зола, что вода при охлаждении замерзает а при обратном нагревании лед тает, что из руды можно получать металлы и плавить их. Гончарное дело, изготовление стекла, парфюмерия, были известны еще до нашей эры. Гораздо позднее появилась алхимия. Люди видели, что одни вещества превращаются в другие. "Значит", - думали они, - "Можно каким- то образом из железа получить золото". Ядерной физики тогда еще не было, и такая мысль казалась людям логичной. Вот они и проводили разные эксперименты, иногда попутно делая открытия. Постепенно накопилось много практического и теоретического материала, и химия стала самостоятельной наукой. Еще позже стало известно молекулярное строение вещества, а так же состав самих молекул.
Химия делиться на органическую и неорганическую . Многие ошибочно думают, что отличие органической и неорганической химии в том, что неорганическая химия занимается веществами неживой природы, а органическая - живой. На самом же деле граница между живым и неживым очень зыбка и расплывчатая. В частности, в организме человека содержаться такие вещества, которые практически любой человек смело отнес бы к неживой природе - железо, фосфор, сера, и даже олово! И эти вещества не просто содержаться в организме, а выполняют в нем очень много разных жизненно важных функций. С другие стороны, многие вещества, которые, казалось бы, относятся к неживой природы, являются органическими. Например, пластмасса, нефть и нефтепродукты и прочее. Так в чем же разница между органикой и неорганикой?
Неорганическая химия - это наука о химических элементах и их неорганических соединениях . Соединения считаются органическими, если в них присутствует углерод, за исключением некоторых простейших соединений, которые традиционно считаются неорганическими.
Органическая химия. Этот раздел изучает так называемые органические соединения, соединения на основе углерода. Дело в том, что в отличии от других элементов углерод способен образовывать множество очень сложных соединений с другими элементами, многие из которых так или иначе связаны с живой природой.
Что же входит в круг вопросов, которые изучает химия?
Во-первых, это изучение многообразия различных веществ, закономерности их взаимодействия и свойства. Во-вторых, это строение веществ, внутренние устройства их молекул. Каким образом все это изучается? Есть ряд методов:
1. Самый древний способ - смешить различные вещества и смотреть, что будет.
2. Сложные вещества можно разложить на более простые, вплоть до отдельных химических элементов и на основе этого определить их состав. правда, такой способ не дает информации о пространственной структуре молекул.
3. Спектральный анализ. Суть этого метода заключается в том, что вещество взаимодействует с электромагнитным излучением, чаще всего ИК-диапазона (инфракрасное излучение). Это изучение при поглощении возбуждает колебательные и вращательные уровни молекул. Опорными данными являются число, частота и интенсивность колебаний молекулы, связанных с изменением дипольного момента (ИК-спектроскопия) или поляризуемости (КР-спектроскопия). Методы позволяют установить наличие определённых функциональных групп в молекуле. Часто используются и для того чтобы подтвердить идентичность исследуемого вещества с некоторым уже известным веществом путём сравнения спектров.
4. Метод ядерно магнитного резонаса. Основан на взаимодействии ядер, обладающих собственным магнитным моментом (спином) и помещённых во внешнее постоянное магнитное поле, с электромагнитным излучением радиочастотного диапазона. Один из главных методов, который может быть использован для определения химической структуры. Метод используют также для изучения пространственного строения молекул, динамики молекул.
5. Другие различные методы.
Ну а теперь совершим мысленное путешествие. Но сначала оглянитесь. Что вы перед собой видите? Может быть вы видите компьютер. Стол. Если стол деревянный, то в его основе такое вещество, как целлюлоза. Это полимер. То есть вещество, молекулы которого представляют собой длинную цепочку. Вот как выгляди модель этой молекулы:
А вот схематичное изображение этой молекулы:
А вот химическая формула:
Что по этому поводу можно сказать? В состав молекулы входит углерод, кислород и водород. Кислород входит, кстати, в состав воздуха, которым мы дышим и который вокруг нас. И, теперь самое время сказать о том, что бывают чистые вещества (которые состоят из одинаковых молекул), и смести, которые состоят из разных молекул. Воздух – это смесь, в его состав входит:
Кислород
Азот
Углекислый газ:
И еще некоторые другие вещества.
Больше всего в составе воздуха азота. Но об этом мы поговорим уже на следующем уроке.
Следующий урок: Химия для чайников. Урок 2. Неорганическая химия.