Содержание
Оглавление
Введение3
1. История развития знаний о веществе. Фундаментальные законы о составе и свойствах вещества4
2. Масштабы химической индустрии5
3. Управление химическими процессами6
4. Синтез химических веществ7
5. Современный катализ9
6. Образование земных и внеземных веществ9
7. Природные запасы сырья10
8. Органическое сырье13
9. Новые химические элементы и изотопы16
10. Перспективные химические процессы17
11. Синтетические материалы20
12. Традиционные материалы с новыми свойствами23
13. Перспективные материалы25
Заключение28
Список использованных источников29
Введение
Естествознание как наука о явлениях и законах природы включает одну из важнейших отраслей химию. Хи́мия одна из важнейших и обширных областей естествознания, наука о веществах, их свойствах, строении и превращениях, происходящих в результате химических реакций. Поскольку все вещества состоят из атомов, которые благодаря химическим связям способны формировать молекулы, то химия занимается в основном изучением взаимодействий между атомами и молекулами, полученными в результате таких взаимодействий .
В современном понимании химия наука о превращениях веществ, сопровождающихся изменением их состава и (или) строения.
На протяжении всей истории человечества накапливались знания о веществе, его свойствах, строении и превращениях.
Целью написания реферата является изучение современных естественнонаучных знаний о свойствах вещества.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
Описать историю накопления знаний по химии и современные тенденции в рассматриваемой науке;
Рассмотреть характерные черты современных материалов, используемых в быту и производстве;
Изучить перспективы использования новых материалов.
Работа написана на основе литературных источников отечественных и зарубежных авторов, периодической печати и интернета.
1. История развития знаний о веществе. Фундаментальные законы о составе и свойствах вещества
История развития химических знаний начинается с древних времен. Древнегреческие философы Демокрит (ок. 470 или 460 г. до н. э. ) и Эпикур (341270 до н. э.) основоположники античной атомистики высказали идею: все тела состоят из неделимых материальных частиц атомов. Натурфилософскому атомистическому учению о строении вещества противопоставлялась алхимия донаучное направление в развитии химии, возникшее в IIIIV вв. н. э. и получившее развитие в Западной Европе в XIXVI вв. Основная цель алхимии нахождение «философского камня» для превращения неблагородных металлов в золото и серебро, получения эликсира долголетия и т. д. В эпоху Возрождения результаты химических исследований все в большей степени стали использоваться в металлургии, стеклоделии, производстве керамики, красок.
Первое научное определение химического элемента в 1661 г. сформулировал Р. Бойль (16271691 гг.). В современном представлении химический элемент совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Основываясь на результатах своих экспериментов, Р. Бойль сделал важный вывод: качества и свойства вещества зависят от того, из каких химических элементов оно состоит. Возникшее таким образом учение о составе вещества развивается и сегодня на качественно новом уровне.
Химия стала подлинной наукой во второй половине XVIII в., когда М.В. Ломоносов (17111765) сформулировал принцип сохранения материи и движения. В начале XIX в. Дж. Дальтон (17661844) заложил основы химической атомистики. Он впервые ввел понятие «атомный вес» и определил атомные массы (веса) ряда элементов. Он установил в 1803 г. закон кратных отношений: 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 г. А. Авогадро (17761856) ввел понятие «молекула» и выдвинул молекулярную гипотезу строения вещества. Молекула микрочастица, образованная из атомов и способная к самостоятельному существованию. Атомно-молекулярные представления утвердились лишь в 60-х годах XIX в. В 1861 г., A.M. Бутлеров (18281886) создал и обосновал теорию химического строения вещества, согласно которой свойства веществ определяются порядком связей атомов в молекулах и их взаимным влиянием. В 1869 г. Д.И. Менделеев (1834 1907) открыл периодический закон химических элементов: свойства элементов находятся в периодической зависимости от заряда их атомных ядер. С конца XIX в. важнейшим направлением химии стало изучение закономерностей химических процессов .
2. Масштабы химической индустрии
Темпы научно-технических разработок химических технологий быстро растут. Если в середине XIX в. на промышленное освоение электрохимического процесса получения алюминия потребовалось 35 лет, то в 50-е годы XX в. крупномасштабное производство полиэтилена при низком давлении было налажено за 4 года. На крупных предприятиях развитых стран примерно 25% оборотных средств расходуется на научно-исследовательские работы, разработку новых технологий и материалов, что позволяет примерно через 10 лет существенно обновлять ассортимент выпускаемой продукции. Во многих странах промышленные предприятия выпускают около 50% продукции, которая 20 лет назад вообще не производилась.
Разработка новых химических веществ трудоемкий и дорогостоящий процесс. Например, для нахождения и синтеза всего лишь нескольких лекарственных препаратов, пригодных для промышленного производства, необходимо изготовить не менее 4000 разновидностей веществ.
Благодаря успешному взаимодействию химиков, физиков, математиков, биологов, инженеров и других специалистов появляются новые разработки, обеспечивающие в последнее десятилетие внушительный рост производства химической продукции. Если общий выпуск продукции в мире за 10 лет (19501960) увеличился примерно в 3 раза, то объем химической продукции за этот же период возрос в 20 раз. За десятилетний период (1961 1970гг.) средний годовой прирост промышленной продукции в мире составлял 6,7%, а химической 9,7%. В 70-е годы прирост химической продукции, составляющий около 7%, обеспечил ее увеличение вдвое. При таких темпах роста к концу нынешнего столетия химическая промышленность займет первое место по выпуску продукции.
Химические технологии и связанное с ними промышленное производство охватывают все важнейшие сферы народного хозяйства.
К концу 80-х годов XX в. только в одной стране США в химической индустрии и родственных отраслях было занято более 1 млн. человек, в том числе свыше 150000 ученых и инженеров-технологов. В те годы в США продавали химической продукции примерно на 175180 млрд. долл. в год.
Химические технологии и связанная с ними индустрия вынуждены реагировать на стремление общества сохранить окружающую среду. В начале 70-х годов XX в. средний горожанин использовал в повседневной жизни 300500 разнообразных химических продуктов, из них около 60 в виде текстильных изделий, 200 в быту, на рабочем месте и во время отдыха, примерно 50 медикаментов и столько же продуктов питания и средств приготовления пищи.
Около десяти лет назад насчитывалось более 1 млн. разновидностей продукции, выпускаемой химической промышленностью. Общее число известных химических соединений составляло более 8 млн., в том числе примерно 60 тыс. неорганических соединений. Сегодня известно более 18 млн. химических соединений. Во всех лабораториях планеты ежедневно синтезируется 200250 новых соединений.
3. Управление химическими процессами
Успехи в развитии современной химии во многом определяются степенью управления химическими превращениями, которые непосредственно зависят от химической реакционной активности реагентов.
Современные лазерные источники излучения существенно расширили временной диапазон исследований от 10-6 до 10-15 с. Сейчас физики умеют получать лазерные импульсы длительностью менее 5 фемтосекунд (1 фс = 10-15) и уже приближаются к аттосекундам (1 ас = 10-18 с). За основополагающие работы в области фемтохимии Ахмед Зивейл удостоен Нобелевской премии по химии 1999 г. Свои первые экспериментальные исследования сверхбыстрых реакций, инициируемых лазерным импульсом феттосекундной длительности, он начал в конце 80-х годов с изучения распада молекул цианида йода.
Электромагнитное излучение играет важную роль не только в детальном исследовании промежуточных процессов химических превращений, но и в их инициировании. Например, видимое или ультрафиолетовое излучение, поглощаемое некоторыми молекулами, сообщает им энергию, достаточную для изменения распределения электронной плотности, ослабления химических связей и возникновения новой молекулярной структуры.
Приобретенная при поглощении молекулой энергия может высвободиться в виде излучения света, цвет которого часто отличается от цвета поглощенного света. Если излучение происходит быстро в течение 10-910-12 с, то оно называется флуоресценцией.
Применение современной лазерной техники позволяет изучать возбужденное состояние молекул. Определение характеристик атомных и молекулярных частиц (их структуры и состава) в аналитической химии называют качественным анализом, а измерение их относительного содержания количественным анализом. Новые методы качественного и количественного анализа основываются на важнейших достижениях различных отраслей естествознания и, в первую очередь, физики.
Один из универсальных методов разделения хроматография. Сущность данного метода заключается в том, что различные вещества в жидкой или газообразной фазе обладают разной прочностью связи с поверхностью, с которой они находятся в контакте. С помощью жидкостной хроматографии можно разделить и зафиксировать чрезвычайно малое количество вещества в смеси, составляющее lO-12 г. Хромотографический метод позволяет разделить газообразные смеси, содержащие тысячи компонентов, а также разделить вещества, отличающиеся только изотопным составом.
Широко применяются основанные на физических принципах экспериментальные методы ядерного магнитного резонанса, оптической спектроскопии, масс-спектроскопии, рентгеноструктурного анализа, нейтронографии и т. п.
4. Синтез химических веществ
Синтез органических и неорганических соединений
Живые системы нельзя считать полностью чисто органическими. Они весьма чувствительны к ионам металлов почти всей периодической системы элементов Менделеева. Некоторые ионы принимают участие в таких жизненно важных процессах, как связывание и транспорт кислорода (железо в гемоглобине), поглощение и конверсия солнечной энергии (магний в хлорофилле, марганец в фотосистеме, железо в ферродоксине, медь во фталоцианине), обмен электрическими импульсами между клетками (кальций, калий в нервных клетках), мышечное сокращение (кальций), ферментативный катализ (кобальт в витамине В12) и др .
Важнейший предмет изучения неорганической химии биосистем строение ближайшего и дальнего окружения атомов металлов и его изменение под воздействием кислотных агентов, давления кислорода и других факторов.
Быстро развивается химия элементоорганических соединений. Для исследования сложнейших структур и связей таких соединений применяются новейшие методы спектроскопии и рентгеноструктурного анализа, позволившие открыть большое семейство соединений со сложной структурой. Пример таких соединений синтезированный ферроцен вещество, атомы железа которого расположены между двумя плоскими кольцами.
