Необходимость межпредметных связей в обучении бесспорна. Последовательное и систематическое их осуществление значительно усиливает эффективность учебно-воспитательного процесса, формирует диалектический способ мышления учащихся. К тому же межпредметные связи - непременное дидактическое условие развития у учеников интереса к знаниям основ наук, в том числе и естественных.

Вот что показал анализ уроков физики, химии и биологии: в большинстве случаев учителя ограничиваются лишь фрагментарным включением межпредметных связей (МПС). Иными словами, лишь напоминают факты, явления или закономерности из смежных предметов.

Учителя редко включают учащихся в самостоятельную работу по применению межпредметных знаний и умений при изучении программного материала, а также в процессе самостоятельного переноса ранее усвоенных знаний в новую ситуацию. Следствие - неумение ребят осуществлять перенос и синтез знаний из смежных предметов. Нет и преемственности в обучении. Так, учителя биологии непрерывно «забегают вперед», знакомя учащихся с различными физико-химическими процессами, протекающими в живых организмах, без опоры на физические и химические понятия, что мало способствует осознанному усвоению биологических знаний.

Общий анализ учебников позволяет отметить: многие факты и понятия излагаются в них неоднократно по разным дисциплинам, причем повторное их изложение практически мало чего прибавляет к знаниям учащихся. Более того, зачастую одно и то же понятие разными авторами интерпретируется по-разному, тем самым, затрудняя процесс их усвоения. Часто в учебниках используются малоизвестные учащимся термины, в них мало заданий межпредметного характера. Многие авторы почти не упоминают о том, что какие-то явления, понятия уже изучались в курсах смежных предметов, не указывают на то, что данные понятия будут более подробно рассмотрены при изучении другого предмета. Анализ ныне действующих программ по естественным дисциплинам позволяет сделать вывод о том, что межпредметным связям не уделяется должного внимания. Только в программах по общей биологии 10-11 классов (В.Б. Захаров); «Человек» (В.И. Сивоглазов) есть специальные разделы «Межпредметные связи» с указанием на физические и химические понятия, законы и теории, являющиеся фундаментом при формировании биологических понятий. В программах по физике и химии таких разделов нет, и учителям приходится самим устанавливать необходимые МПС. А это задачка многотрудная - координировать материал смежных предметов таким образом, чтобы обеспечить единство в интерпретации понятий.

Межпредметные связи физики, химии и биологии могли бы устанавливаться значительно чаще и эффективнее. Изучение процессов, протекающих на молекулярном уровне возможно только при условии привлечения знаний молекулярной биофизики, биохимии, биологической термодинамики, элементов кибернетики, взаимно дополняющих друг друга. Эта информация рассредоточена по курсам физики и химии, но только в курсе биологии появляется возможность рассмотреть сложные для учащихся вопросы, используя межпредметные связи. Кроме того, появляется возможность отработать понятия, общие для цикла естественных дисциплин, такие, как вещество, взаимодействие, энергия, дискретность и др.

При изучении основ цитологии межпредметные связи устанавливаются с элементами знаний биофизики, биохимии, биокибернетики. Так, например, клетка может быть представлена как механическая система, и в этом случае рассматриваются ее механические параметры: плотность, упругость, вязкость и т. д. Физико-химические характеристики клетки позволяют рассматривать ее как дисперсную систему, совокупность электролитов, полупроницаемых мембран. Без совмещения «таких образов» вряд ли можно сформировать понятие о клетке как сложной биологической системе. В разделе «Основы генетики и селекции» МПС устанавливаются между органической химией (белки, нуклеиновые кислоты) и физикой (основы молекулярно-кинетической теории, дискретность электрического заряда и др.).

Учитель должен заранее запланировать возможность осуществления как предшествующих, так и перспективных связей биологии с соответствующими разделами физики. Информация по механике (свойства тканей, движение, упругие свойства сосудов и сердца и т. д.) дает возможность рассматривать физиологические процессы; об электромагнитном поле биосферы - для объяснения физиологических функций организмов. Такое же значение имеют и многие вопросы биохимии. Изучение сложных биологических систем (биогеоценозы, биосфера) связано с необходимостью усвоения знаний о способах обмена информацией между отдельными особями (химической, оптической, звуковой), но для этого опять же необходимо использовать знания по физике и химии.

Использование межпредметных связей - одна из наиболее сложных методических задач учителя химии. Она требует знания содержания программ и учебников по другим предметам. Реализация межпредметных связей в практике обучения предполагает сотрудничество учителя химии с учителями других предметов.

Учитель химии разрабатывает индивидуальный план реализации межпредметных связей в курсе химии. Методика творческой работы учителя в этом плане проходит следующие этапы:

• 1. Изучение программы по химии, ее раздела «Межпредметные связи», программ и учебников по другим предметам, дополнительной научной, научно-популярной и методической литературы;
• 2. Поурочное планирование межпредметных связей с использованием курсовых и тематических планов;
• 3. Разработка средств и приемов реализации межпредметных связей на конкретных уроках (формулировка межпредметных познавательных задач, домашних заданий, подбор дополнительной литературы для учащихся, подготовка необходимых учебников и наглядных пособий по другим предметам, разработка методических приемов их использования);
• 4. Разработка методики подготовки и проведения комплексных форм организации обучения (обобщающих уроков с межпредметными связями, комплексных семинаров, экскурсий, занятий кружка, факультатива по межпредметным темам и т.д.);
• 5. Разработка приемов контроля и оценки результатов осуществления межпредметных связей в обучении (вопросы и задания на выявление умений учащихся устанавливать межпредметные связи).

Планирование межпредметных связей позволяет учителю успешно реализовать их методологические, образовательные, развивающие, воспитательные и конструктивные функции; предусмотреть всё разнообразие их видов на уроках, в домашней и внеклассной работе учащихся.

Для установления межпредметных связей необходимо осуществить отбор материалов, то есть определить те темы химии, которые тесно переплетаются с темами из курсов других предметов.

Курсовое планирование предполагает краткий анализ содержания каждой учебной темы курса с учетом внутрипредметных и межпредметных связей.

Для успешного осуществления межпредметных связей учитель химии, биологии и физики должен знать и уметь:

Когнитивный компонент

• · содержание и структуру курсов смежных предметов;
• · осуществлять согласование во времени изучения смежных предметов;
• · теоретические основы проблемы МПС (виды классификаций МПС, способы их реализации, функции МПС, основные компоненты МПС и т. д.);
• · обеспечивать преемственность в формировании общих понятий, изучении законов и теорий; использовать общие подходы к формированию умений и навыков учебного труда у учащихся, преемственности в их развитии;
• · раскрывать взаимосвязи явлений различной природы, изучаемых смежными предметами;
• · формулировать конкретные учебно-воспитательные задачи, исходя из целей МПС физики, химии, биологии;
• · анализировать учебную информацию смежных дисциплин; уровень сформированности межпредметных знаний и умений у учащихся; эффективность применяемых методов обучения, форм учебных занятий, средств обучения на основе МПС.

Конструктивный компонент

• · формировать систему целей и задач, способствующих реализации МПС;
• · планировать учебно-воспитательную работу, направленную на реализацию МПС; выявлять воспитательные и развивающие возможности МПС;
• · конструировать содержание межпредметных и интегративных уроков, комплексных семинаров и т.д. Предвидеть трудности и ошибки, которые могут возникнуть у учащихся при формировании межпредметных знаний и умений;
• · конструировать методическое оснащение уроков, выбирать наиболее рациональные формы и методы обучения на основе МПС;
• · планировать различные формы организации учебно-познавательной деятельности; конструировать дидактическое оснащение учебных занятий. Организационный компонент
• · организовывать учебно-познавательную деятельность учащихся в зависимости от целей и задач, от их индивидуальных особенностей;
• · формировать познавательный интерес учащихся к предметам естественного цикла на основе МПС;
• · организовывать и руководить работой меж предметных кружков и факультативов; владеть навыками НОТ; методами управления деятельностью учащихся.

Коммуникативный компонент

• · психологию общения; психолого-педагогические основы формирования межпредметных знаний и умений; психологические особенности учащихся;
• · ориентироваться в психологических ситуациях в ученическом коллективе; устанавливать межличностные отношения в классе;
• · устанавливать межличностные отношения с учителями смежных дисциплин в деятельности по совместной реализации МПС.

Ориентационный компонент

• · теоретические основы деятельности по установлению МПС при изучении предметов естественного цикла;
• · ориентироваться в учебном материале смежных дисциплин; в системе методов и форм обучения, способствующих успешной реализации МПС.

Мобилизационный компонент

• · адаптировать педагогические технологии для реализации МПС физики, химии, биологии; предложить авторскую или подобрать наиболее адекватную методику формирования межпредметных знаний и умений в процессе обучения физике, химии, биологии;
• · разработать авторскую или адаптировать традиционные методики решения задач межпредметного содержания;
• · овладеть методикой проведения комплексных форм учебных занятий; уметь организовать самообразовательную деятельность по овладению технологией реализации МПС в обучении физике, химии и биологии.

Исследовательский компонент

• · анализировать и обобщать опыт своей работы по реализации МПС; обобщать и внедрять опыт своих коллег; провести педагогический эксперимент, анализ своих результатов;
• · организовать работу по методической теме МПС.

Данную профессиограмму можно рассматривать и как основу для построения процесса подготовки учителей физики, химии и биологии к деятельности по реализации МПС, и как критерий для оценки качества их подготовки.

Использование в изучении химии межпредметных связей позволяет с первого курса ознакомить студентов с предметами, которые они будут изучать на старших курсах: электротехника, менеджмент, экономика, материаловедение, детали машин, промышленная экология и т.д. Указывая на уроках химии, для чего и в каких предметах студентам пригодятся те или иные знания, педагог мотивирует запоминание материала не только на один урок, для получения оценки, но и изменяет личностные интересы студентов нехимических специальностей.

Взаимосвязь химии и физики

Наряду с процессами дифференциации самой химической науки, в настоящее время идут в интеграционные процессы химии с другими отраслями естествознания. Особенно интенсивно развиваются взаимосвязи между физикой и химией. Этот процесс сопровождается возникновением все новых и новых смежных физико-химических отраслей знания.

Вся история взаимодействия химии я физики полна примеров обмена идеями, объектами и методами исследования. На разных этапах своего развития физика снабжала химию понятиями и теоретическими концепциями, оказавшими сильное воздействие на развитие химии. При этом, чем больше усложнялись химические исследования, тем больше аппаратура и методы расчетов физики проникали в химию. Необходимость измерения тепловых эффектов реакции, развитие спектрального и рентгеноструктурного анализа, изучение изотопов и радиоактивных химических элементов, кристаллических решеток вещества, молекулярных структур потребовали создания и привели к использованию сложнейших физических приборов эспектроскопов, масс-спектрографов, дифракционных решеток, электронных микроскопов и т.д.

Развитие современной науки подтвердило глубокую связь между физикой и химией. Связь эта носит генетический характер, то есть образование атомов химических элементов, соединение их в молекулы вещества произошло на определенном этапе развития неорганического мира. Также эта связь основывается на общности строения конкретных видов материи, в том числе и молекул веществ, состоящих в конечном итоге из одних и тех же химических элементов, атомов и элементарных частиц. Возникновение химической формы движения в природе вызвало дальнейшее развитие представлений об электромагнитном взаимодействии, изучаемом физикой. На основе периодического закона ныне осуществляется прогресс не только в химии, но и в ядерной физике, на границе которой возникли такие смешанные физико-химические теории, как химия изотопов, радиационная химия.

Химия и физика изучают практически одни и те же объекты, но только каждая из них видит в этих объектах свою сторону, свой предмет изучения. Так, молекула является предметом изучения не только химии, но и молекулярной физики. Если первая изучает ее с точки зрения закономерностей образования, состава, химических свойств, связей, условий ее диссоциации на составляющие атомы, то последняя статистически изучает поведение масс молекул, обусловливающее тепловые явления, различные агрегатные состояния, переходы из газообразной в жидкую и твердую фазы и обратно, явления, не связанные с изменением состава молекул и их внутреннего химического строения. Сопровождение каждой химической реакции механическим перемещением масс молекул реагентов, выделение или поглощение тепла за счет разрыва или образования связей в новых молекулах убедительно свидетельствуют о тесной связи химических и физических явлений. Так, энергетика химических процессов тесно связана с законами термодинамики. Химические реакции, протекающие с выделением энергии обычно в виде тепла и света, называются экзотермическими. Существуют также эндотермические реакции, протекающие с поглощением энергии. Все сказанное не противоречит законам термодинамики: в случае горения энергия высвобождается одновременно с уменьшением внутренней энергии системы. В эндотермических реакциях идет повышение внутренней энергии системы за счет притока тепла. Измеряя количество энергии, выделяющейся при реакции (тепловой эффект химической реакции), можно судить об изменении внутренней энергии системы. Он измеряется в килоджоулях на моль (кДж/моль).

Еще один пример. Частным случаем первого начала термодинамики является закон Гесса. Он гласит, что тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса. Закон Гесса позволяет вычислить тепловой эффект реакции в тех случаях, когда его непосредственное измерение почему-либо неосуществимо.

С возникновением теории относительности, квантовой механики и учения об элементарных частицах раскрылись еще более глубокие связи между физикой и химией. Оказалось, что разгадка объяснения существа свойств химических соединений, самого механизма превращения веществ лежит в строении атомов, в квантово-механических процессах его элементарных частиц и особенно электронов внешней оболочки, Именно новейшая физика сумела решить такие вопросы химии, как природа химической связи, особенности химического строения молекул органических и неорганических соединений и т.д.

В сфере соприкосновения физики и химии возник и успешно развивается такой сравнительно молодой раздел из числа основных разделов химии как физическая химия, которая оформилась в конце XIX в. в результате успешных попыток количественного изучения физических свойств химических веществ и смесей, теоретического объяснения молекулярных структур. Экспериментальной и теоретической базой для этого послужили работы Д.И. Менделеева (открытие Периодического закона), Вант-Гоффа (термодинамика химических процессов), С. Аррениуса (теория электролитической диссоциации) и т.д. Предметом ее изучения стали общетеоретические вопросы, касающиеся строения и свойств молекул химических соединений, процессов превращения веществ в связи с взаимной обусловленностью их физическими свойствами, изучение условий протекания химических реакций и совершающихся при этом физических явлений. Сейчас физхимия - это разносторонне разветвленная наука, тесно связывающая физику и химию.

В самой физической химии к настоящему времени выделились и вполне сложились в качестве самостоятельных разделов, обладающих своими особыми методами и объектами исследования, электрохимия, учение о растворах, фотохимия, кристаллохимия. В начале XX в. выделилась также в самостоятельную науку выросшая в недрах физической химии коллоидная химия. Со второй половины XX в. в связи с интенсивной разработкой проблем ядерной энергии возникли и получили большое развитие новейшие отрасли физической Химии - химия высоких энергий, радиационная химия (предметом ее изучения являются реакции, протекающие под действием ионизирующего излучения), химия изотопов.

Физическая химия рассматривается сейчас как наиболее широкий общетеоретический фундамент всей химической науки. Многие ее учения и теории имеют большое значение для развития неорганической и особенно органической химии. С возникновением физической химии изучение вещества стало осуществляться не только традиционными химическими методами исследования, не только с точки зрения его состава и свойств, но и со стороны структуры, термодинамики и кинетики химического процесса, а также со стороны связи и зависимости последнего от воздействия явлений, присущих другим формам движения (световое и радиационное облучение, световое и тепловое воздействие и т.д.).

Примечательно, что в первой половине XX в. сложилась пограничная между химией и новыми разделами физики (квантовая механика, электронная теория атомов и молекул) наука, которую стали позднее называть химической физикой. Она широко применила теоретические и экспериментальные методы новейшей физики к исследованию строения химических элементов и соединений и особенно механизма реакций. Химическая физика изучает взаимосвязь и взаимопереход химической и субатомной форм движения материи.

В иерархии основных наук, данной Ф. Энгельсом, химия непосредственно соседствует с физикой. Это соседство и обеспечило ту быстроту и глубину, с которой многие разделы физики плодотворно вклиниваются в химию. Химия граничит, с одной стороны, с макроскопической физикой - термодинамикой, физикой сплошных сред, а с другой - с микрофизикой - статической физикой, квантовой механикой.

Общеизвестно, сколь плодотворными эти контакты оказались для химии. Термодинамика породила химическую термодинамику - учение о химических равновесиях. Статическая физика легла в основу химической кинетики - учения о скоростях химических превращений. Квантовая механика вскрыла сущность Периодического закона Менделеева. Современная теория химического строения и реакционной способности - это квантовая химия, т.е. приложение принципов квантовой механики к исследованию молекул и «X превращений».

Еще одним свидетельством плодотворности влияния физики на химическую науку является все расширяющееся применение физических методов в химических исследованиях. Поразительный прогресс в этой области особенно отчетливо виден на примере спектроскопических методов. Еще совсем недавно из бесконечного диапазона электромагнитных излучений химики использовали лишь узкую область видимого и примыкающего к нему участков инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов. Открытие физиками явления магнитного резонансного поглощения привело к появлению спектроскопии ядерного магнитного резонанса, наиболее информативного современного аналитического метода и метода изучения электронного строения молекул, и спектроскопии электронного парамагнитного резонанса, уникального метода изучения нестабильных промежуточных частиц - свободных радикалов. В коротковолновой области электромагнитных излучений возникла рентгеновская и гамма-резонансная спектроскопия, обязанная своим появлением открытию Мессбауэра. Освоение синхротронного излучения открыло новые перспективы развития этого высокоэнергетического раздела спектроскопии.

Казалось бы, освоен весь электромагнитный диапазон, и в этой области трудно ждать дальнейшего прогресса. Однако появились лазеры - уникальные по своей спектральной интенсивности источники - и вместе с ними принципиально новые аналитические возможности. Среди них можно назвать лазерный магнитный резонанс - быстро развивающийся высокочувствительный метод регистрации радикалов в газе. Другая, поистине фантастическая возможность - это штучная регистрация атомов с помощью лазера - методика, основная на селективном возбуждении, позволяющая зарегистрировать в кювете всего несколько атомов посторонней примеси. Поразительные возможности для изучения механизмов радикальных реакций дало открытие явления химической поляризации ядер.

Сейчас трудно назвать область современной физики, которая бы прямо или косвенно не оказывала влияние на химию. Взять, например, далекую от мира молекул, построенного из ядер и электронов, физику нестабильных элементарных частиц. Может показаться удивительным, что на специальных международных конференциях обсуждается химическое поведение атомов, имеющих в своем составе позитрон или мюон, которые, в принципе, не могут дать устойчивых соединений. Однако уникальная информация о сверхбыстрых реакциях, Которую такие атомы позволяют получать, полностью оправдывает этот интерес.

Оглядываясь на историю взаимоотношений физики и химии, мы видим, что физика играла важную, подчас решающую роль в развитии теоретических концепций и методов исследования в химии. Степень признания этой роли можно оценить, просмотрев, например, список лауреатов Нобелевской премии по химии. Не менее трети в этом списке - авторы крупнейших достижений в области физической химии. Среди них - те, кто открыл радиоактивность и изотопы (Резерфорд, М. Кюри, Содди, Астон, Жолио-Кюри и др.), заложил основы квантовой химии (Полинг и Малликен) и современной химической кинетики (Хиншелвуд и Семенов), развил новые физические методы (Дебай, Гейеровский, Эйген, Норриш и Портер, Герцберг).

Наконец, следует иметь в виду и то решающее значение, которое начинает играть в развитии науки производительность труда ученого. Физические методы сыграли и продолжают играть в этом отношении в химии революционизирующую роль. Достаточно сравнить, например, время, которое затрачивал химик-органик на установление строения синтезированного соединения химическими средствами и которое он затрачивает теперь, владея арсеналом физических методов. Несомненно, что этот резерв применения достижений физики используется далеко не достаточно.

Подведем некоторые итоги. Мы видим, что физика во все большем масштабе, и все более плодотворно вторгается в химию. Физика вскрывает сущность качественных химических закономерностей, снабжает химию совершенными инструментами исследования. Растет относительный объем физической химии, и не видно причин, которые могут замедлить этот рост.

Взаимосвязь химии и биологии

Общеизвестно, что химия и биология долгое время шли каждая своим собственным путем, хотя давней мечтой химиков было создание в лабораторных условиях живого организма.

Резкое укрепление взаимосвязи химии с биологией произошло в результате создания А.М. Бутлеровым теория химического строения органических соединений. Руководствуясь этой теорией, химики-органики вступили в соревнование с природой. Последующие поколения химиков проявили большую изобретательность, труд, фантазию и творческий поисках направленном синтезе вещества. Их замыслом было не только подражать природе, они хотели превзойти ее. И сегодня мы можем уверенно заявить, что во многих случаях это удалось.

Поступательное развитие науки XIX в., приведшее к раскрытию структуры атома и детальному познанию строения и состава клетки, открыло перед химиками и биологами практические возможности совместной работы над химическими проблемами учения о клетке, над вопросами о характере химических процессов в живых тканях, об обусловленности биологических функций химическими реакциями.

Если посмотреть на обмен веществ в организме с чисто химической точки зрения, как это сделал А.И. Опарин, мы увидим совокупность большого числа сравнительно простых и однообразных химических реакций, которые сочетаются между собой во времени, протекают не случайно, а в строгой последовательности, в результате чего образуются длинные цепи реакций. И этот порядок закономерно направлен, к постоянному самосохранению и самовоспроизведению всей живой системы в целом в данных условиях окружающей среды.

Словом, такие специфические свойства живого, как рост, размножение, подвижность, возбудимость, способность реагировать на изменения внешней среды, связаны с определенными комплексами химических превращений.

Значение химии среди наук, изучающих жизнь, исключительно велико. Именно химией выявлена важнейшая роль хлорофилла как химической основы фотосинтеза, гемоглобина как основы процесса дыхания, установлена химическая природа передачи нервного возбуждения, определена структура нуклеиновых кислот и т.д. Но главное заключается в том, что объективно в самой основе биологических процессов, функций живого лежат химические механизмы. Все функции и процессы, происходящие в живом организме, оказывается возможным изложить на языке химии, в виде конкретных химических процессов.

Разумеется, было бы неверным сводить явления жизни к химическим процессам. Это было бы грубым механистическим упрощением. И ярким свидетельством этого выступает специфика химических процессов в живых системах по сравнению с неживыми. Изучение этой специфики раскрывает единство и взаимосвязь химической и биологической форм движения материи. Об этом же говорят и другие науки, возникшие на стыке биологии, химии и физики: биохимия - наука об обмене веществ и химических процессов в живых организмах; биоорганическая химия - наука о строении, функциях и путях синтеза соединений, составляющих живые организмы; физико-химическая биология как наука о функционировании сложных систем передачи информации и регулировании биологических процессов на молекулярном уровне, а также биофизика, биофизическая химия и радиационная биология.

Крупнейшими достижениями этого процесса стали определение химических продуктов клеточного метаболизма (обмена веществ в растениях, животных, микроорганизмах), установление биологических путей и циклов биосинтеза этих продуктов; был реализован их искусственный синтез, сделано открытие материальных основ регулятивного и наследственного молекулярного механизма, а также в значительной степени выяснено значение химических процессов» энергетике процессов клетки и вообще живых организмов.

Ныне для химии особенно важным становится применение биологических принципов, в которых сконцентрирован опыт приспособления живых организмов к условиям Земли в течение многих миллионов лет, опыт создания наиболее совершенных механизмов и процессов. На этом пути есть уже определенные достижения.

Более столетия назад ученые поняли, что основой исключительной эффективности биологических процессов является биокатализ. Поэтому химики ставят своей целью создать новую химию, основанную на каталитическом опыте живой природы. В ней появится новое управление химическими процессами, где начнут применяться принципы, синтеза себе подобных молекул, по принципу ферментов будут созданы катализаторы с таким разнообразием качеств, которые далеко превзойдут существующие в нашей промышленности.

Несмотря на то, что ферменты обладают общими свойствами, присущими всем катализаторам, тем не менее, они не тождественны последним, поскольку функционируют в рамках живых систем. Поэтому все попытки использовать опыт живой природы для ускорения химических процессов в неорганическом мире сталкиваются с серьезными ограничениями. Пока речь может идти только о моделировании некоторых функций ферментов и использовании этих моделей для теоретического анализа деятельности живых систем, а также частично-практического применения выделенных ферментов для ускорения некоторых химических реакций.

Здесь самым перспективным направлением, очевидно, являются исследования, ориентированные на применение принципов биокатализа в химии и химической технологии, для чего нужно изучить весь каталитический опыт живой природы, в том числе и опыт формирования самого фермента, клетки и даже организма.

Теория саморазвития элементарных открытых каталитических систем, в самом общем виде выдвинутая профессором МГУ А.П. Руденко в 1964 г., является общей теорией химической эволюции и биогенеза. Она решает вопросы о движущих силах и механизмах эволюционного процесса, то есть о законах химической эволюции, об отборе элементов и структур и их причинной обусловленности, о высоте химической организации и иерархии химических систем как следствии эволюции.

Теоретическим ядром этой теории является положение о том, что химическая эволюция представляет собой саморазвитие каталитических систем и, следовательно, эволюционирующим веществом являются катализаторы. В ходе реакции происходит естественный отбор тех каталитических центров, которые обладают наибольшей активностью. Саморазвитие, самоорганизация и самоусложнение каталитических систем происходит за счет постоянного притока трансформируемой энергии. А так как основным источником энергии является базисная реакция, то максимальные эволюционные преимущества получают каталитические системы, развивающиеся на базе экзотермических реакций. Отсюда базисная реакция является не только источником энергии, но и орудием отбора наиболее прогрессивных эволюционных изменений катализаторов.

Развивая эти взгляды, А.П. Руденко сформулировал основной закон химической эволюции, согласно которому с наибольшей скоростью и вероятностью образуются те пути эволюционных изменений катализатора, на которых происходит максимальное увеличение его абсолютной активности.

Практическим следствием теории саморазвития открытых каталитических систем является так называемая «нестационарная технология», то есть технология с меняющимися условиями реакции. Сегодня исследователи приходят к выводу, что стационарный режим, надежная стабилизация которого казалась залогом высокой эффективности промышленного процесса, является лишь частным случаем нестационарного режима. При этом обнаружено множество нестационарных режимов, способствующих интенсификации реакции.

В настоящее время уже видны перспективы возникновения и развития новой химии, на основе которой будут созданы малоотходные, безотходные и энергосберегающие промышленные технологии.

Сегодня химики пришли к выводу, что, используя те же принципы, на которых построена химия организмов, в будущем (не повторяя в точности природу) можно будет построить принципиально новую химию, новое управление химическими, процессами, где начнут применяться принципы синтеза себе подобных молекул. Предвидится создание преобразователей, использующих с большим КПД солнечный свет, превращая его в химическую и электрическую энергию, а также химическую энергию в свет большой интенсивности.

Заключение

Современная химия представлена множеством различных направлений развития знаний о природе вещества и способах его преобразования. В то же время химия является не просто суммой знаний о веществах, а высоко упорядоченной, постоянно развивающейся системой знаний, имеющей свое место в ряду других естественных наук.

Химия изучает качественное многообразие материальных носителей химических явлений, химической формы движения материи. Хотя структурно она пересекается в определенных областях и с физикой, и с биологией, и с другими естественными науками, но сохраняет при этом свою специфику.

Одним из наиболее существенных объективных оснований выделения химии в качестве самостоятельной естественнонаучной дисциплины является признание специфичности химизма взаимоотношения веществ, проявляющегося, прежде всего, в комплексе сил и различных типов взаимодействий, обусловливающих существование двух и многоатомных соединений. Этот комплекс принято характеризовать как химическую связь, возникающую либо разрывающуюся в ходе взаимодействия частиц атомного уровня организации материи. Для возникновения химической связи характерно значительное перераспределение электронной плотности по сравнению с простым положением электронной плотности несвязанных атомов или атомных фрагментов, сближенных на расстояние связи. Эта особенность наиболее точно отделяет химическую связь от разного рода проявлений межмолекулярных взаимодействий.

Происходящее ныне неуклонное возрастание в рамках естествознания роли химии как науки сопровождается быстрым развитием фундаментальных, комплексных и прикладных исследований, ускоренной разработкой новых материалов с заданными свойствами и новых процессов в области технологии производства и переработки веществ.

Качество подготовки инженеров существенно зависит от уровня их образования в области фундаментальных наук: математики, физики и химии. Роль и место химии в системе естественнонаучных дисциплин определяется тем, что в области материального производства человеку всегда приходится иметь дело с веществом.

В повседневной жизни мы наблюдаем, что вещества подвергаются различным изменениям: стальной предмет во влажном воздухе покрывается ржавчиной; дрова в печи сгорают, оставляя лишь небольшую кучку золы; бензин в двигателе автомобиля сгорает, при этом в окружающую среду поступает около двухсот различных веществ, в том числе токсичных и канцерогенных; опавшие листья деревьев постепенно истлевают, превращаясь в перегной, и т.д.

Познание свойств вещества, строения, химической природы его частиц, механизмов их взаимодействия, возможных путей превращения одного вещества в другое, - эти проблемы составляют предмет химии.

Химия – это наука о веществах и законах их превращений.

Как одна из отраслей естествознания, химия связана с другими естественными науками. Химические изменения всегда сопровождаются изменениями физическими. Широкое применение физических методов исследования и математического аппарата в химии сблизило её с физикой и математикой. Химия также связана и с биологией, поскольку биологические процессы сопровождаются непрерывными химическими превращениями. Химические методы используют для решения проблем геологии. Связь между различными естественными науками очень тесная, на стыках наук возникают новые науки, например, ядерная химия, биохимия, геохимия, космохимия и т.д.

Изучение химическими методами ряда технических проблем связывает химию с инженерно – техническими и специальными дисциплинами, необходимыми для практической деятельности инженера. Так, производство стали и других сплавов, чистых металлов и полупроводников, выработка из них изделий и их дальнейшее использование, эксплуатация различных механизмов в соответствующих газовых и жидких средах – всё это требует конкретных химических знаний и умения применить их на практике.

Нет почти ни одной отрасли производства, не связанной с применением химии. Природа даёт нам исходное сырьё: дерево, руду, нефть, газ и др. Подвергая природные материалы химической переработке, человек получает разнообразные вещества, необходимые для сельского хозяйства, промышленности, домашнего обихода: удобрения, металлы, пластические массы, краски, лекарственные вещества, мыло, соду и т.д. Химия нужна человечеству для того, чтобы получить из природных веществ, всё необходимое – металлы, цемент и бетон, керамику, фарфор и стекло, каучук, пластмассы, искусственные волокна, фармацевтические средства. Для химической переработки природного сырья необходимо знать общие законы превращения веществ, а эти знания даёт химия.

В современных условиях, когда стало ясно, что запасы многих природных ресурсов ограничены и не восстанавливаются, когда нагрузка на окружающую среду со стороны человека стала столь велика, а способность природы к самоочищению ограничена, на первый план выдвигается ряд принципиально новых проблем, решение которых невозможно без химических знаний. К ним в первую очередь относятся вопросы охраны окружающей среды и соблюдение экологических требований в новых технологических процессах, создание замкнутых производственных циклов и безотходных технологий, теоретическое обоснование и разработка энерго- и ресурсосберегающих технологий. Реализация требований к высокому качеству продукции и её долговечности немыслима без понимания того, что контроль за химическим составом является важнейшим этапом технологического цикла. Борьба с коррозией материалов, изделий из них, новые методы обработки поверхностей требуют от инженера глубокого понимания сущности химических процессов.

Указанные выше проблемы по силам решить всесторонне грамотным инженерам, способным наряду с другими задачами разбираться и самостоятельно ориентироваться в химических вопросах.

Основные понятия химии

Объектом изучения в химии являются химические элементы и их соединения.

Химическим элементом называют вид атомов с одинаковым зарядом ядер. Атом – наименьшая частица элемента, обладающая его химическими свойствами.

Молекулой называют наименьшую частицу индивидуального вещества, способную к самостоятельному существованию, обладающую его основными химическими свойствами и состоящую из одинаковых или различных атомов.

Если молекулы состоят из одинаковых атомов, то вещество называют простым или элементарным , например He, Ar, H 2 , O 2 , S 4 . Простое вещество является формой существования химического элемента в свободном состоянии. Если молекула вещества состоит из разных атомов, то вещество называют сложным (или химическим соединением) , например CO, H 2 O , H 3 PO 4 .

Химические свойства вещества характеризуют его способность участвовать в химических реакциях, т. е. в процессах превращения одних веществ в другие.

Массы атомов, молекул очень малы. Например, массы отдельных атомов составляют 10 -24 - 10 -22 г. Массы атомов, молекул выражают или в относительных единицах (через массу какого-либо одного определенного вида атома), или в атомных единицах массы (а.е.м.).

1а.е.м.-это 1/12 часть массы атома изотопа углерода С. 1а.е.м.=1.66053*10 -24 г.

Значение относительной атомной (A r) или молекулярной массы (M r) показывает, во сколько раз масса атома или молекулы больше чем 1/12 часть массы атома изотопа углерода С (углеродная шкала атомных масс) . A r и М r – безразмерны. Значения А r приводятся в периодической системе элементов Д.И. Менделеева под символом элемента. Численно А r и А (а.е.м.) совпадают. Зная относительную атомную массу, легко можно найти и массу атома, выраженную в граммах. Так, масса атома углерода-12 в г равна: 12* 1.66053*10 -24 = 1.992636*10 -23 г . Масса молекулы равна сумме масс атомов, входящих в ее состав.

Количество вещества (n;n) – это число структурных единиц (атомов, молекул, ионов, эквивалентов, электронов и т.д.) в системе. Единицей измерения количества вещества является моль. Моль – количество вещества, которое содержит столько определенных структурных единиц, сколько атомов содержится в 12 г изотопа углерода 12 С. Число структурных единиц, содержащихся в 1 моле любого вещества в любом агрегатном состоянии, есть постоянная Авогадро: N A= 6,02*10 23 моль -1 .

Количество вещества (n) равно отношению числа структурных единиц (атомов, молекул, ионов, эквивалентов, электронов и т.д.) в системе (N) к их числу в 1 моле вещества (N А):

Молярная масса (М) – это масса 1 моль вещества, равная отношению массы вещества (m) к его количеству (n):

Основной единицей измерения молярной массы является г/моль (кг/моль). Молярная масса вещества, выраженная в граммах, численно равна относительной молекулярной массе этого вещества.

Молярный объем (V м) – это объем, занимаемый 1 моль газообразного вещества, равный отношению объема газообразного вещества (V) к его количеству():

При н.у. (273,15 К и 101,325 кПа) для любого вещества в газообразном состоянии V м = 22,4 л/моль.

Эквивалент (Э) – это реальная или условная частица вещества, которая может замещать, присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим образом эквивалентна (равноценна) одному иону водорода в кислотно-основных или ионно-обменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях (ОВР). Эквивалент безразмерен, его состав выражают с помощью знаков и формул так же, как в случае молекул, атомов или ионов.

Для того чтобы определить формулы эквивалента вещества и правильно записать его химическую формулу, надо исходить из конкретной реакции, в которой участвует данное вещество.

Рассмотрим несколько примеров определения формулы эквивалента:

А. 2NaOH+H 2 SO 4 =2H 2 O+Na 2 SO 4 .

Краткое ионно-молекулярное уравнение процесса:

2OH - +2H + =2H 2 O.

В данной ионообменной реакции участвуют два иона водорода. На один ион водорода приходится:

NaOH+1/2H 2 SO 4 =H 2 O+1/2Na 2 SO 4 ,

т.е. одному иону водорода соответствует: одна молекула NaOH, 1/2 молекулы H 2 SO 4 , одна молекула H 2 O, 1/2 молекулы Na 2 SO 4 , поэтому Э(NaOH)=NaOH; Э(H 2 SO 4)=1/2H 2 SO 4 ; Э(H 2 O)=H 2 O; Э(Na 2 SO 4)=1/2Na 2 SO 4 .

Б. Zn+2HCl=ZnCl 2 +H 2

Ионно-электронные уравнения процессов окисления, восстановления:

В данной ОВР участвуют два электрона. На один электрон приходится:

1/2Zn+HCl=1/2ZnCl 2 +1/2H 2 ,

т.е. одному электрону соответствует 1/2 атома Zn, одна молекула HСl,1/2 молекулы ZnCl 2 и 1/2 молекулы Н 2 , поэтому Э(Zn) = 1/2Zn; Э(HCl) = HCl; Э(ZnCl 2) = 1/2ZnCl 2 ; Э(H 2) = 1/2H 2 .

Число, обозначающее, какая доля от реальной частицы эквивалентна одному иону водорода или одному электрону, получило название фактора эквивалентности f э . Например, в рассматриваемых реакциях f э (Zn)=1/2, f э (NaOH)=1.

Для окислительно-восстановительных реакций используют понятие «эквивалентное число» (Z), которое равно числу электронов, присоединенных одной молекулой окислителя или отданных одной молекулой восстановителя.

Моль эквивалента – количество вещества, cодержащего 6,02*10 23 эквивалентов. Массу одного моля эквивалента вещества называют молярной массой эквивалента вещества (М э), измеряют в г/моль и рассчитывают по формулам:

М э =m/n э; М э =f э *М,

где М – молярная масса вещества, г/моль; ν э – количество эквивалента вещества, моль.

Для расчета молярной массы эквивалента вещества можно использовать следующие формулы:

1. Для простого вещества:

М э =М А /В, f э = 1/В,

где М А – молярная масса атомов данного вещества; В – валентность атома, например, М э (Al)=27/3=9 г/моль.

2. Для сложного вещества:

М э =М/В*n, f э = 1/В*n,

где В – валентность функциональной группы; n – число функциональных групп в формуле молекулы вещества.

Для кислот функциональной группой является ион водорода, для оснований – ион гидроксила, для солей – ион металла, для оксидов – оксидообразующий элемент.

М э кислоты =М кислоты /основность кислоты.

Основность кислоты определяется числом протонов, которое отдает молекула кислоты, реагируя с основанием .

Например, М э (H 2 SO 4)=98/2=49 г/моль.

М э основания = М основания /кислотность основания.

Кислотность основания определяется числом протонов, присоединяемых молекулой основания при взаимодействии его с кислотой.

Например, М э (NaOH)=40/1=40 г/моль.

М э соли =М соли /(число атомов металла*валентность металла).

Например, М э (Al 2 (SO 4) 3)=342/(2*3)=57 г/моль.

М э оксида =М оксида /(число атомов оксидообразующего элемента * валентность элемента).

Например, М э (Al 2 O 3)=102/(2*3)=17 г/моль.

В общем случае молярная масса эквивалента химического соединения равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих его частей.

3. Для окислителя, восстановителя:

где Z – эквивалентное число (Z=1/f э).

Как известно, моль любого газа при нормальных условиях (Т=273,15 К, Р=101,325 кПа или 760 мм рт. ст.) занимает объем, равный 22,4 л; этот объем называется молярным объемом V м. Исходя из этой величины, можно рассчитать объем одного моля эквивалента газа (V э, л/моль) при нормальных условиях. Например, для водорода Э(Н 2)=1/2Н 2 , моль эквивалента водорода в два раза меньше его моля молекул и поэтому объем одного моля эквивалента водорода также в два раза меньше его молярного объема: 22,4 л/2=11,2 л. Для кислорода Э(О 2)=1/4 О 2 , отсюда объем одного моля эквивалента кислорода в четыре раза меньше его молярного объема: 22,4 л/4=5,6 л.

В общем случае: V э =f э *V м; V э = V/ .

Основные законы химии

1. Закон сохранения массы веществ (М.В. Ломоносов; 1756 г.):

масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции.

2. Закон постоянства состава.

Имеет различные формулировки:

Состав соединений молекулярной структуры является постоянным независимо от способа получения (более точная современная формулировка);

- любое сложное вещество независимо от способа его получения имеет постоянный качественный и количественный состав ;

Соотношения между массами элементов, входящих в состав данного соединения, постоянны и не зависят от способа получения этого соединения.

3. Закон кратных отношений (Дальтон, 1803 г.):

если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то массы одного из элементов, приходящиеся в этих соединениях на одну и ту же массу другого, относятся между собой как небольшие целые числа.

Закон свидетельствовал о том, что элементы входят в состав соединений лишь определенными порциями, подтвердил атомистические представления. Наименьшее количество элемента, вступающее в соединение, - это атом. Следовательно, в соединение может вступать только целое число атомов, а не дробное. Например, массовые соотношения С:О в оксидах СО 2 и СО равны 12:32 и 12:16. Следовательно, массовое отношение кислорода, связанное с постоянной массой углерода в СО 2 и СО, равно 2:1.

4. Закон объемных отношений (закон Гей-Люссака):

объемы вступающих в реакцию газов относятся друг к другу и к объемам образующихся газообразных продуктов реакции как небольшие целые числа.

5.Закон Авогадро ( 1811 г.):

в равных объемах любых газов, взятых при одной и той же температуре и при одинаковом давлении, содержится одно и то же число молекул. Постоянная Авогадро N A = 6,02*10 23 моль -1 – число структурных единиц в одном моле вещества.

Следствия из закона Авогадро:

а) при определенных температуре и давлении 1 моль любого вещества в газообразном состоянии занимает один и тот же объем;

б) при н.у. (273,15 К и 101,325 кПа) молярный объем (V м) любого газа равен 22,4 л моль.

6. Уравнениесостояния идеального газа – Менделеева-Клапейрона:

где Р – давление газа, Па; V – объем газа, м 3 ; m – масса вещества, г; М – его молярная масса, г/моль; Т – абсолютная температура, К; R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/моль*К.

7. Закон парциальных давлений (закон Дальтона):

Давление смеси газов, химически не взаимодействующих друг с другом, равно сумме парциальных давлений газов, составляющих смесь .

8. Закон эквивалентов.

Имеет несколько формулировок:

1) массы участвующих в реакции веществ пропорциональны их молярным массам эквивалента :

m 1 / m 2 = M Э1 / M Э2 = …;

2) все вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах, т.е. количества молей эквивалента веществ, участвующих в реакции, равны между собой:

ν э1 =ν э2 = …;

m 1 / M Э1 = m 2 / M Э2 =… . .

3) для реагирующих веществ, находящихся в растворе, закон эквивалентов записывают следующим образом:

С Э 1 *V 1 =C Э 2 *V 2 ,

где С Э 1 , С Э 2 – нормальные концентрации или молярные концентрации эквивалента первого и второго растворов, моль/л; V 1 и V 2 – объемы реагирующих растворов, л.

Науку о Природе, т. е естествознание, традиционно подразделяют на такие более или менее самостоятельные разделы, как физика, химия, биология и психология.

Физика имеет дело не только со всевозможными материальными телами, но с материей вообще. Химия - со всевозможными видами так называемой субстанциональной материи, т. е. с различными субстанциями, или веществами. Биология - со всевозможными живыми организмами.

Ни одна научная дисциплина не ограничивается лишь собиранием наблюдаемых фактов. Задача науки состоит не только в описании, но в объяснении, а это не что иное, как нахождение зависимостей, которые позволяют одну совокупность явлений, часто весьма широкую, вывести на основе теории из другой, как правило, более узкой совокупности явлений.

"Диалектическая логика, в противоположность старой, чисто формальной логике, - говорит Энгельс, - не довольствуется тем, чтобы перечислить и без всякой связи поставить рядом друг возле друга формы движения мышления... Она, наоборот, выводит эти формы одну из другой, устанавливает между ними отношение субординации, а не координации, она развивает более высокие формы из нижестоящих".

Классификация наук, предложенная Ф. Энгельсом, отвечала именно этим требованиям. Установив положение, согласно которому каждой форме движения материи соответствует своя определенная "форма движения мышления", т. е. отрасль науки, Ф. Энгельс выяснил, что как между формами движения материи, так и между их отражением в голове человека-отраслями науки, существуют отношения субординации. Эти отношения он выразил в виде иерархии естественных наук: Биология, Химия, Физика.

И чтобы подчеркнуть, что эта иерархическая связь между естественными науками обусловливает их единство, т. е. целостность всего естествознания как одной системы, Ф. Энгельс прибег к таким определениям отраслей естествознания, которые указывают на происхождение высших форм из низших, "одну из другой". Физику он назвал "механикой молекул", химию-"физикой атомов", а биологию - "химией белка". При этом Ф. Энгельс отметил, что такого рода прием не имеет ничего общего с механистической попыткой сведения одной формы к другой, что это - лишь демонстрация диалектической связи между разными уровнями как материальной организации, так и ее познания, и вместе с тем это - демонстрация скачков от одного дискретного уровня научных знаний к другому и качественного отличия этих уровней между собой.

Однако следует иметь в виду условную (относительную) обоснованность каких бы то ни было подразделений естествознания на отдельные естественнонаучные дисциплины и его безусловную (принципиальную) целостность. Об этом свидетельствует систематическое возникновение междисциплинарных проблем и соответствующих синтетических предметов (таких, как физическая химия или химическая физика, биофизика, биохимия, физико-химическая биология).

При формировании общих - натурфилософских -- представлений о Природе она первоначально и воспринималась как нечто принципиально целостное, единое или во всяком случае как-то связанное воедино. Но по мере необходимой детализации конкретных знаний о Природе они оформлялись в как бы самостоятельные раздеты естествознания, прежде всего основные, а именно такие, как физика, химия, биология. Однако эту аналитическую стадию исследований Природе, связанную с детализацией естествознания и с его расчленением на отдельные части, в копне концов должна была сменить или дополнить, как это и произошло на самом деле, противоположная по своему характеру стадия их синтеза. За видимой дифференцией естествознания, или наряду с ней обязательно следует его существенная интеграция, действительное обобщение, принципиальное углубление.

Тенденции единения, пли интеграции, естественнонаучных знаний, стали проявляться очень давно. Еще в 1747--1752 годах Михаил Васильевич Ломоносов обосновал необходимость привлечения физики для объяснения химических явлении и создал на этой основе, как он сам выражался, «теоретическую часть химии», назвав ее физической химией. С тех пор появились самые разнообразные варианты объединения физических и химических знаний (приведшие к таким наукам, как химическая кинетика, термохимия, химическая термодинамика, электрохимия, радиохимия, фотохимия, плазмохимия, квантовая химия). Сегодня всю химию можно назвать физической, потому что у таких наук, которые носят названия «общая химия» и «физический химия», один и тот же предмет и одни и те же методы исследования. Но появилась еще «химическая физика», которую иногда называют химией высоких энергий или химией экстремальных (далеких от нормы) состояний.

С одной стороны (внешне), такое объединение продиктовано невозможностью объяснить химические явления «чисто химическими» средствами и, следовательно, необходимостью обращения за помощью к физике. С другой стороны (внутренне), это объединение есть не что иное, как проявление принципиального единства Природы, которая не знает никакого абсолютно резкого о деления на рубрики и разные науки.

Точно так же в свое время появилась необходимость синтеза биологических и химических знаний. В прошлом столетии стали известны физиологическая химия и затем биохимия. А совсем недавно появилась и стала широко известной, даже модной, новая синтетическая наука физико-химическая биология. Она в сущности претендует на то, что представляет собой не более, но и не менее, как «теоретическую биологию». Потому что для объяснения сложнейших явлений, происходящих в живом организме, нет иных путей, кроме привлечения знаний из химии и физики. Ведь даже простейший живой организм - это и механический агрегат, и термодинамическая система, и химический реактор с разнонаправленными потоками материальных масс, тепла, электроимпульсов. И вместе с тем это ни то, ни другое в отдельности, потому что живой организм - единое целое.

При этом в принципе речь идет уже не только и не столько о редукции, т. е. о сведении всей биологии просто к одной чистой химии, а всей химии просто к одной чистой физике, сколько о действительном взаимопроникновении всех трех этих основных естественных наук друг в друга, хотя и с преимущественным развитием естествознания именно в направлении от физики к химии и биологии.

В настоящее время, вообще говоря, нет ни одной области собственно естественнонаучных исследований, которые относились бы исключительно к физике, химии или биологии в чистом изолированном состоянии. Биология опирается на химию и вместе с ней или непосредственно, как сама химия, на физику. Они пронизаны общими для них законами Природы.

Таким образом, все исследование Природы сегодня можно наглядно представить в виде огромной сети, состоящей из ветвей и узлов, связывающих многочисленные ответвления физических, химических и биологических наук.

концепция современное естествознание наука

Успехи человека в решении больших и малых проблем выживания в значительной мере были достигнуты благодаря развитию химии. Успехи многих отраслей человеческой действительности, таких как энергетика, металлургия, машиностроение, легкая и пищевая промышленность и других, во многом зависит от состояния и развития химии. Огромное значение химия имеет для успешной работы сельскохозяйственного производства, фармацевтической промышленности, обеспечения быта человека. Химическая промышленность производит десятки тысяч наименований продуктов, многие из которых по технологическим и экономическим характеристикам успешно конкурируют с традиционными материалами, а часть является уникальной по своим параметрам. Химия дает материалы с заранее заданными свойствами, в том числе и такими, которые не встречаются в природе.

Химия не только обеспечивает производство многих необходимых продуктов, материалов. Во многих отраслях промышленности широко используются такие химические методы обработки: отбеливание, крашение, печатание, что привело к интенсификации процессов повышения качества.

Химизация позволила человеку решить многие технические, экономические и социальные проблемы, но масштабность этого процесса затронула все компоненты окружающей среды: сушу, атмосферу, воду мирового океана – внедрилась в природные круговороты веществ. В результате нарушилось равновесие природных процессов на планете, химизация стала заметно отражаться на здоровье самого человека. В связи с этим возникла самостоятельная ветвь экологической науки – химическая экология.

Фундаментальные основы современной химии

Фундаментальными основами химии стали квантовая механика, атомная физика, термодинамика, статическая физика, а также физическая кинетика. На основе физики построена теоретическая химия. На химическом уровне мы имеем дело с очень большим числом частиц, участвующих в квантово-механических процессах обмена электронами (химических реакциях).

Базовое понятие химии – валентность – это макроскопическое, химическое отображение квантово-механических взаимодействий.

Развитие современной химии, ее основные концепции оказались тесно связанными не только с физикой, но и с другими естественными науками, особенно с биологией.

Современный этап развития химии связан с использованием в ней принципов химизма живой природы.

Понятие «химический элемент» и «химическое соединение» с точки зрения современности

Химический элемент – это «кирпичик» вещества. Периодический закон Д.И. Менделеева сформулировал зависимость свойств химических элементов от атомной массы, признаком элемента стало его место в периодической системе, определяемое атомной массой. Физика помогла составить представление об атоме, как о сложной квантово-механической системе, раскрыла смысл периодического закона на основе строения электронных орбит всех элементов.

Современное определение химического элемента – это вид атомов с одинаковым зарядом ядра, т.е. совокупность изотопов.

А химическое соединение – это вещество, атомы которого за счет химических связей объединены в молекулы, макромолекулы, монокристаллы или иные квантово-механические системы, т.е. главной стала физическая природа сил, соединяющая атомы в молекулы, обусловленная волновыми свойствами валентных электронов.

Учение о химических процессах

Учение о химических процессах является областью глубокого взаимопроникновения физики, химии и биологии. В основе этого учения находится химическая термодинамика и кинетика, которые в равной степени относятся и к химии, и к физике.

Предметом изучения являются условия протекания химических реакций, такие факторы как температура, давление и др.

Живая клетка, исследуемая биологической наукой, представляет собой микроскопический химический реактор, в котором происходят превращения, изучаемые химией.

Изучая эти процессы, современная химия перенимает у живой природы опыт, необходимый для получения новых веществ и материалов.

Основой химии живого являются каталитические химические реакции.

Большинство современных химических технологий реализуется с использованием катализаторов – веществ, которые увеличивают скорость реакции, не расходуясь в ней.

В современной химии получило развитие направление, принципом которого является энергетическая активация реагента (т.е. подача энергии извне) до состояния полного разрыва исходных связей. Это химия экстремальных состояний , использующая высокие температуры, большие давления, излучения с большой величиной энергии кванта.

Например, плазмохимия – химия на основе плазменного состоянии реагентов, элионные технологии – активация процесса достигается за счет направленных электронных или ионных пучков.

Эффективность технологии на основе химии экспериментальных состояний очень высока. Они характеризуются энергосбережением, высокой производительностью, высокой автоматизацией и простотой управления технологическим процессом, а также небольшим размером технологических установок.

Химия как наука тесно связана с химией как производством. Основная цель современной химии, вокруг которой строится вся исследовательская работа, заключается в исследовании генезиса (происхождения) свойств веществ и разработки на этой основе методов получения веществ с заранее заданными свойствами.

Одной из наук, сочетающих в себе содержание естественных и общественных научных дисциплин, является геронтология. Эта наука изучает старение живых организмов, в том числе человека.

С одной стороны, объект ее изучения шире объекта многих научных дисциплин, изучающих человека, а с другой - он совпадает с их объектами.

В то же время геронтология акцентирует внимание прежде всего на процессе старения живых организмов в целом и человека в частности, что является ее предметом. Именно учет объекта и предмета изучения позволяет видеть как общее, так и специфическое научных дисциплин, изучающих человека.

Поскольку объект изучения геронтологии - живые организмы в процессе их старения, можно сказать, что эта наука является и естественно-научной и обществоведческой дисциплиной. В первом случае ее содержание определяется биологической природой организмов, во втором - биопсихосоциальными свойствами человека, находящимися в диалектическом единстве, взаимодействии и взаимопроникновении.

Одной из основополагающих естественно-научных дисциплин, имеющих прямую связь с социальной работой (а также, конечно, с геронтологией), является медицина. Эта область науки (и одновременно практической деятельности) направлена на сохранение и укрепление здоровья людей, предупреждение и лечение болезней. Имея разветвленную систему отраслей, медицина в своей научной и практической деятельности решает проблемы сохранения здоровья и лечения пожилых людей. Вклад ее в это святое дело огромен, о чем свидетельствует практический опыт человечества.

Следует, вероятно, отметить и особое значение гериатрии как раздела клинической медицины, изучающего особенности заболеваний у людей пожилого и старческого возраста и разрабатывающего методы их лечения и профилактики.

И геронтология, и медицина базируются на знании биологии как совокупности наук о живой природе (огромном многообразии вымерших и ныне населяющих Землю живых существ), об их строении и функциях, происхождении, распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой. Данные биологии являются естественно-научной основой познания природы и места человека в ней.

Несомненный интерес представляет вопрос о соотношении социальной работы и реабилитологии, которая играет все большую роль в теоретических исследованиях и практической деятельности. В самом общем виде реабилитологию можно определить как учение, науку о реабилитации как о достаточно емком и сложном процессе.

Реабилитация (от позднелатинского rehabilitatio - восстановление) означает: во-первых, восстановление доброго имени, прежней репутации; восстановление в прежних правах, в том числе в административном и судебном порядке (например, реабилитация репрессированных); во-вторых, применение к подсудимым (прежде всего к несовершеннолетним) мер воспитательного характера или наказаний, не связанных с лишением свободы, в целях их исправления; в-третьих, комплекс медицинских, юридических и других мер, направленных на восстановление или компенсацию нарушенных функций организма и трудоспособности больных и инвалидов.

К сожалению, представители отраслевых, конкретных научных дисциплин не всегда указывают (и учитывают) последний вид реабилитации. В то время как социальная реабилитация имеет важнейшее значение в жизнедеятельности людей (восстановление основных социальных функций личности, общественного института, социальной группы, их социальной роли как субъектов основных сфер жизни общества). В содержательном плане социальная реабилитация, по существу, в концентрированном виде включает все аспекты реабилитации. И в этом случае она может рассматриваться как социальная реабилитация в широком смысле, т. е. включающая все виды жизнедеятельности людей. Некоторые исследователи выделяют так называемую профессиональную реабилитацию, которая входит в социальную реабилитацию. Точнее можно было бы назвать этот вид социально-трудовой реабилитацией.

Таким образом, реабилитация является одним из важнейших направлений, технологий в социальной работе.

Для выяснения соотношения социальной работы и реабилито- логии как научных направлений важно уяснить объект и предмет последней.

Объект реабилитологии - определенные группы населения, отдельные личности и слои, нуждающиеся в восстановлении своих прав, репутации, социализации и ресоциализации, восстановлении здоровья в целом или нарушенных отдельных функций организма. Предметом реабилитологии выступают конкретные стороны реабилитации названных групп, изучение закономерностей реабилитационных процессов. Такое понимание объекта и предмета реабилитологии показывает ее тесную связь с социальной работой и как с наукой, и как со специфическим видом практической деятельности.

Социальная работа является методологической основой реабилитологии. Выполняя функцию выработки и теоретической систематизации знаний о социальной сфере (совместно с социологией), анализа существующих форм и методов социальной работы, разработки оптимальных технологий разрешения социальных проблем различных объектов (индивидов, семей, групп, слоев, общностей людей), социальная работа как наука способствует - прямо или косвенно - решению вопросов, являющихся сутью, содержанием реабилитологии.

Тесная связь между социальной работой и реабилитологией как науками определяется и тем, что они являются, по существу, междисциплинарными, универсальными по своему содержанию. Эта связь, кстати, в МГУ сервиса была обусловлена и организационно: в рамках факультета социальной работы в 1999 г. открыта новая кафедра - медико-психологической реабилитологии. Медико-психологическая реабилитация и сейчас (после преобразования кафедры) остается важнейшим структурным подразделением кафедры психологии.

Говоря о методологической роли социальной работы в становлении и функционировании реабилитологии, следует учитывать и влияние знаний в области реабилитологии на социальную работу. Эти знания способствуют не только конкретизации понятийного аппарата социальной работы, но и обогащению понимания тех закономерностей, которые изучают и выявляют социономы.

Что касается технических наук , то социальная работа связана с ними благодаря процессу информатизации, ведь сбор, обобщение и анализ информации в области социальной работы осуществляются с помощью компьютерной техники, а распространение, усвоение и применение знаний и умений - других технических средств, наглядной агитации, демонстрации различных приборов и приспособлений, специальной одежды и обуви ит.д., призванных облегчить самообслуживание, передвижение по улице, ведение домашнего хозяйства и т. д. определенным категориям населения - пенсионерам, инвалидам и др.

Технические науки имеют важное значение при создании соответствующей инфраструктуры, обеспечивающей возможность повышения эффективности всех видов и направлений социальной работы, включая инфраструктуру различных сфер жизнедеятельности как специфических объектов социальной работы.