Естественнонаучные знания о веществе в древности
Естествознание - это наука, изучающая явления и законы природы. Одной из важнейших отраслей, входящих в состав естествознания, является химия.
Химия – это наука, изучающая превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава или строения.
Человечество использовало химические процессы с древнейших времен. В первую очередь, это процессы:
- окрашивания тканей,
- выделки кожи,
- получения металлов и т.д.
История развития знаний в области химии берет свое начало еще в древние времена. Демокрит и Эпикур, философы Древней Греции, предположили, что все тела состоят из атомов – мельчайших неделимых частиц, которые отличаются друг от друга величиной и формой. Это предположение стало основой атомистики.
Противопоставлением атомическому учению о строении вещества стала алхимия. Алхимия является донаучным направлением в развитии химии. Она возникла в 3-4 вв. н.э. и широкое развитее получила в 11-16 вв. в Западной Европе. Основной целью алхимии является поиск философского камня, который, по мнению алхимиков, способен превращать любой металл в серебро и золото. Кроме того, философский камень способен помочь в приготовлении эликсира, который подарит долголетие.
В эпоху Возрождения результаты, полученные в ходе химических исследований, использовались в основном в металлургии, стеклоделии, а также изготовлении красок и керамики.
Учение о составе вещества. Становление химической науки
В 1661 г. Английским ученым Р. Бойлем было сформулировано первое научное определение понятия химического элемента, что стало началом становления экспериментального химического анализа.
Химическим элементом называется совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.
Р. Бойль на основании результатов проведенных им экспериментов, сформулировал вывод о том, что качество и свойства вещества зависят от химических элементов, из которого вещество состоит. Таким образом, возникло учение о составе вещества. В современной науке это учение развивается на качественно новом уровне.
Однако, считается, что становление химии как подлинной науке произошло лишь во второй половине 18 века, после того, как российским ученым Михаилом Васильевичем Ломоносовым был сформулирован принцип сохранения материи и движения. Кроме того, Ломоносов исключил флогистон из числа химических агентов.
Флогистоном называли невесомую материю. Теория флогистона является первой химической теорией. Согласно этой теории, металлы – железо, свинец, медь и т.д. – являются сложными телами, которые состоят из соответствующих элементов и флогистона – универсального невесомого тела.
Эта теория была признана ошибочной, а потом и вовсе была опровергнута после того, как А. Л. Лавуазье выяснил роль кислорода в процессах окисления, горения и дыхания.
Начало 19 века примечательно тем, что в это время были заложены основы химической атомистики. Основателем химической атомистики стал английский ученый Дж. Дальтон, который ввел в науку такое понятие, как «атомный все» и вычислил атомный вес ряда элементов.
В 1803 году Дж. Дальтоном был сформулирован закон кратных отношений, согласно которому, если два химических элемента образуют друг с другом более одного соединения, то массы одного элемента, приходящиеся на одну и ту же массу другого, относятся, как целые числа, обычно небольшие.
В 1811 году итальянским ученым А. Авогадро было введено понятие молекулы. Кроме того, Авогадро выдвинул гипотезу о молекулярном строении вещества.
Молекулой называется микрочастица, которая образована из атомов и способна к самостоятельному существованию.
Но следует заметить, что атомно-молекулярные представления о составе вещества утвердились только в середине ХХ века, когда в 1861 году российским ученым А.М. Бутлеровым была сформулирована и обоснована теория химического строения вещества.
Согласно этой теории, свойства веществ определяются порядком связей и взаимовлиянием атомов в молекулах.
А 1869 году российским химиком Д. И. Менделеевым был открыт один из фундаментальных основ естествознания – периодический закон химических элементов.
Согласно этому закону, свойства элементов находятся в периодической зависимости от заряда их атомных ядер.
Заряд атома соответствует порядковому номеру элемента в периодической системе химических элементов.
Начиная с конца 19 века, изучение закономерностей протекания химических процессов стало ключевым направлением в химии. Управление химическими процессами является одной из основных проблем современной химической науки.
Молекулярный уровень современного естествознания
Развитие знаний в области химии привело к тому, что такие области, как неорганическая химия, органическая химия, аналитическая химия, физическая химия, трансформировались в самостоятельные отрасли естествознания.
в современной науке характерны процессы интеграции разных отраслей. Так, на стыке химии с другими отраслями естествознания сформировались новые науки, такие как агрохимия, биохимия, геохимия и т.д. Химические технологии, металлургия и другие отрасли производства основаны на законах химии.
Открытия, совершенные в последние несколько десятилетий, а создание на основе этих открытий новейших высокочувствительных приборов, спектроскопов, микроскопов и т.д. окрыли широкие возможности для проведения экспериментальных исследований в области химии на совершенно новом высоком уровне – молекулярном. Благодаря этим исследованиям были раскрыты механизмы многих процессов, протекающих в живых организмах. Новые открытия позволили синтезировать вещества с необычными свойствами, которые не существуют в природе, а также выявить сложную структуру молекулы ДНК и расшифровать механизм наследственности. Использование современной лазерной техники и приборов с высокой чувствительностью позволило зарегистрировать быстропротекающие процессы, существование которых до этого даже не предполагалось.
Уровень современного естествознания, молекулярный, дает возможность создавать материалы, характеризующиеся необычными свойствами, такими как сверхпрочность и сверхпроводимость. Также знания современной науки позволяют изменять генетический код, совершая операции с фрагментами молекулы ДНК.
Уровень современной науки настолько высок, что уже появились предпосылки к созданию из отдельных молекул устройств, обладающих колоссальными возможностями. Одним из таких устройств может стать молекулярный компьютер, о конструировании которого уже идет речь.
