Лекция № 1 (2ч)
Введение
Вопросы:
1. Предмет химии. Значение химии в изучении природы и развитии техники.
2. Основные количественные законы химии.
1. Предмет химии. Значение химии в изучении природы и развитии техники
Современное естествознание характеризуется объединением методов и идей различных наук, стиранием межнаучных границ, взаимоперекрыванием теорий и методов математики, химии, физики, геологии, биологии, экологии и философии. Все изучаемые дисциплины связаны между собой, поскольку науки изучают окружающую нас реальность, но подходят к этому с разных сторон. В настоящее время научные открытия делаются на стыке наук, когда исследователь пользуется всей совокупностью методов, применяемых в нескольких науках. В связи с этим, очень велика роль межпредметных связей, которые предполагают постоянное и частое связывание положений данной изучаемой дисциплины с другими дисциплинами. Подобный подход позволяет комплексно подходить к решению как теоретических, так и практических задач.
Современная химия – это сложная система областей знаний. Строгое и полное определение химии пока не сформулировано. Часто химию определяют как науку о веществах и законах их превращений. Однако некоторые аспекты превращения веществ изучаются физикой, геологией, биологией и другими науками. Иногда химию называют наукой о химической форме движения материи, при которой происходят качественные изменения веществ, разрушение одних соединений и возникновение новых веществ с новыми химическими и физическими свойствами. Если объединить эти два определения, то можно сказать, что химия– это наука, изучающая процессы превращения веществ, сопровождающиеся изменением состава и структуры. Химия тесно связана с другими науками такими, как физика, математика, экология, биология и т.д.
В настоящее время химия – это разветвленная система многих наук: общей, неорганической, органической, физической, коллоидной, аналитической, биохимии и т.д. Общая химия изучает теоретическую основу всей системы химических знаний, включая строение атома и периодическую систему элементов Д. И. Менделеева, теорию химической связи, энергетику химических процессов, химическую кинетику и равновесие, учение о растворах, особенности окислительно-восстановительных реакций и др.
Объектом изучения химии являются химические элементы и их соединения. Химическим элементом называют вид атомов с одинаковым зарядом ядер. В свою очередь, атом– это химически неделимая частица элемента, сохраняющая все его химические свойства. Следовательно, каждому химическому элементу соответствует определенный вид атомов. Атомы данного элемента характеризуются одинаковыми свойствами.
Сложные вещества состоят из молекул. Молекула – это наименьшая частица индивидуального вещества, способная к самостоятельному существованию и обладающая ее основными химическими свойствами. Все молекулы состоят из одинаковых или различных атомов, образуя простые или сложные вещества. Простое веществоявляется формой существования химического элемента в свободном состоянии и состоит из атомов одного вида. Сложное вещество или химическое соединение – это вещество, состоящее из атомов разного вида.
Химические и физические свойства веществ зависят от состава и строения вещества. Многие химические соединения образуют вещества различные по строению и свойствам. Это явление называется аллотропией, а образующие вещества – аллотропными видоизменениями или модификациями. Например, углерод образует три аллотропные модификации – алмаз, графит и карбин.
В химии традиционно используются не абсолютные значения атомных масс, а относительные. Относительной атомной массойАr химического элемента называется величина, равная отношению средней массы атома естественного изотопического состава элемента к 1/12 массы атома углерода-12. Относительной молекулярной массой Мr химического вещества называется величина, равная отношению средней массы молекулы естественного изотопического состава вещества к 1/12 массы атома углерода-12.
Любое химическое вещество характеризуется количеством вещества. Количество вещества – это число структурных элементов (атомов, молекул, ионов и др.) в системе. Единицей измерения количества вещества является моль. Моль– количество вещества системы, которое содержит столько структурных элементов (молекул, атомов, ионов, электронов и т.д.), сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода-12. Массу одного моля называют молярной массой. Единица измерения – г/моль или кг/моль.
Познание химии как одной из важнейших фундаментов естественных наук необходимо для формирования научного мировоззрения. Изучение химии играет важную роль образного мышления в творческом росте будущих специалистов. Важную роль играет химия в жизни каждого человека, в его практической деятельности. Особенно велико значение науки о веществе в технике, развитие которой немыслимо без понимания процессов превращения веществ. Глубокое понимание законов химии, их применение позволяют как совершенствовать существующие, так и создавать новые процессы, машины, установки и приборы. Химизация народного хозяйства является одним из важнейших путей интенсификации его развития.
Химические реакции широко используются во многих производственных процессах. Они (например, процессы окисления, коррозии и др.) протекают при работе установок, машин и приборов. Получение электроэнергии, топлива, металлов, различных материалов, продуктов питания и т.п. непосредственно связано с химическими реакциями. В настоящее время, например, электрическую и механическую энергии получают, в основном, преобразованием химической энергии природного топлива. В процессе преобразования происходят сложные химические реакции: горения, взаимодействия воды и ее примесей с металлами и т.п. Без понимания этих процессов невозможно обеспечить эффективную работу электростанций и двигателей внутреннего сгорания.
Использование химических реакций в ряде производственных процессов позволяет резко повышать производительность труда и качество продукции, получать новые материалы.
Понимание законов химии и их использование исключительно важно при решении проблемы повышения эффективности производства и качества продукции, так как ухудшение качества и надежности продукции во многих случаях вызывается нежелательными химическими процессами, например коррозией металлов, старением полимеров и т.п. Изучение механизмов химических реакций позволяет выбрать рациональные методы охраны окружающей среды, создавать новые безвредные процессы. Химизация любой отрасли народного хозяйства приносит большой экономический эффект.
Возросла роль химии в развитии электротехники, микроэлектроники, радиотехники, космической техники, автоматики и вычислительной техники. Для развития новой техники необходимы материалы с особыми свойствами, которых нет в природе: сверхчистые, сверхтвердые, сверхпроводящие, жаростойкие и т.п. Такие материалы поставляет современная химическая промышленность, поэтому можно понять важность изучения химии для любой специальности. В электротехнической промышленности, более 80 % продукции выпускается с применением полимерных материалов.