Химия и медицина

Структурный принцип  получил самое яркое выражение  в разработанной А. М. Бутлеровым теории химического строения, Основанной на представлении о связи свойств  каждого вида вещества с существованием устойчивого порядка химических взаимодействий атомов в молекулах  данного вида. Принцип структурного подхода занял с тех пор  прочное место в арсенале познавательных средств химика и методов химического  научного мышления.

Поскольку организация  вещества в атомно-молекулярной теории представлялась трехступенчатой: атом-молекула-макротело, то логически последовательное поведение  структурного подхода предполагало бы, с одной стороны, исследование того, как свойства вещества зависят  от внутреннего строения его молекул, а с другой- раскрытие зависимости свойств вещества от структуры самих макротел, от взаимодействий молекул в массе вещества.

Пока в химии  еще не сложилось четкое различие атомов и молекул и понятие  о химическом строении, химические превращения рассматривались преимущественно  как изменения состава, изменение  количественного и качественного  соотношения атомов в составе  вещества. Другой известный русский  ученый В. В. Марковников отмечал, что закономерность о взаимном влиянии атомов в молекуле нельзя вывести на основе положений механики, а процесс надо рассматривать глубже. «Во взаимном влиянии атомов в молекуле мы видим проявление одного из законов диалектики, закона всеобщей взаимосвязи предметов и явлений природы. В сфере химических отношений этот закон выступает в своеобразных, специфических формах; с одной стороны, он охватывает межмолекулярные взаимодействия, с другой- отношения атомов внутри молекулы». Такое диалектическое понимание молекулы позволило Бутлерову объяснить явление изомерии и предсказать существование неизвестных органических соединений, которые в дальнейшем были получены на практике.

Теория химического  строения открыла путь к познанию химических функций (или реакционной  способности) отдельных структурных  фрагментов молекул. Она могла предсказать  и объяснить существенно различную  реакционную способность отдельных  атомов Н, Сl, О и отдельных связей С-Н, С-Cl, О-Н и т.д.

Это означает, что  теория химического строения выяснила генезис химического свойства вещества как макротела посредством изучения взаимного влияния атомов в молекуле и выяснения реакционной способности  отдельных ее структурных фрагментов. Понятие свойств расчленялось, таким  образом, на два понятия: химических свойств макротела и реакционной  способности и отдельных структурных  элементов, и всей молекулы в целом, и вещества как совокупности молекул. Отсюда следует, что теория химического  строения позволила перейти к  новому способу научного познания химических объектов: к выяснению причинной  обусловленности формирования веществ  через функции его структурных  элементов.

Схематически это  может быть изображено следующим  образом:

§ структура функция 

§ реакционная способность 

§ состав свойства

Исследования показали, что образование химической связи  может происходить путем непрерывного перераспределения валентных электронов, а не только путем полного разрыва  исходных связей между атомами. Короче говоря, диалектическое единство дискретности и непрерывности все громче заявляет о своем существовании, и теперь встает вопрос об отказе от односторонности  традиционного чисто дискретного  подхода, об учете момента непрерывности  в химических явлениях.

Современные представления  о строении атома позволили по-новому объяснить структуру вещества и  многие природные явления, способствовали дальнейшей разработке научной картины  и поэтому имеют большое значение. 

Химическое превращение  есть главная задача химии. 

«Химическое превращение, химическая реакция есть главный  предмет химии» (Н. Н. Семенов). Следовательно, важнейшая задача химии - выяснить строение вещества, зависимость свойств вещества от строения получение вещества с  заданными свойствами и выявление  рациональных путей управления химическими  процессами.

Знания в практической деятельности человека являются своего рода инструментом, духовным орудием  преобразования вещества, преобразования мира. Знания обеспечивают умение придавать  веществам нужные свойства и сдерживать или устранять действие вредных. Они неизмеримо расширяют власть над веществом. Достичь этого, отыскать скрытые механизмы превращений вещества, овладеть средствами этих превращений всегда было страстным стремлением людей, как бы не изменились их представления о природе, о характере этих средств. Обнаруживается прямая связь многих свойств вещества с определенным типом конструкции молекул (кольцо, простая цепь, цепь с ответвлениями и т.д.), с наличием в молекулах определенных «строительных деталей», состоящих из отдельных атомов или групп атомов. Когда один вид вещества превращается в другой, происходит перестройка молекул, меняются число, характер строительных деталей и сам порядок их соединения. Изменения вещества и его свойств связаны с изменением состава перестройкой конструкции молекул.

Такое понимание  превращений вещества внесло существенные коррективы в избранное на основе атомного учения направление исследования. Раз свойства вещества зависят не только от его состава, т. е. от количественного  и качественного соотношения  атомов, но и от строения, от того, как, в каком порядке эти виды атомов связаны друг с другом, как взаимодействуют,- значит, необходимо выяснять особенности  строения, его связь со свойствами вещества. Только раскрыв это, можно  было надеяться на сознательное управление преобразованиями вещества.

Пока в химии  еще не сложилось четкое различие атомов и молекул и понятие  о химическом строении, химические превращения рассматривались преимущественно  как изменения состава, изменения  количественного и качественного  соотношения атомов в составе  вещества. Еще Гегель характеризовал химию как науку о качественных изменениях тел, происходящих под влиянием изменения количественного состава.

На базе атомно-молекулярного  учения и отвлечения от различий микро- и макроформ вещества сложилось  новое представление о сущности химического движения материи как  процессов превращения молекул. В химических превращениях вещества изменяются (образуются, перестраиваются, разрушаются), молекулы, изменяется их атомный состав и строение, атомы  же при этом остаются неизменными - такое понимание сущности химизма  стало господствующим. Исследование строения атомов, законов связи их строения со свойствами вещества, как  и исследование строения молекул, открыло  широкие перспективы перед сознательным управлением преобразованиями вещества, причем еще более глубоком, чем  химические превращения, уровне. Человек  научился не только перестраивать химические соединения атомов и изменять связанные  с химическим строением свойства вещества; ему стало доступно управление свойствами, обусловленными внутриатомным  внутриядерным строением. Важнейшим  руководящим принципом практических действий стал проверенный и отлично  зарекомендовавший себя в практике управления химическими превращениями  структурный принцип: чтобы изменить в желаемом направлении свойства атомов, надо изменить их состав и строение.

Основоположником  учения о ведущей роли непрерывности  по отношению к дискретности химической организации вещества был К. Л. Бертолле. Еще в 1801 г. он опубликовал итоги  проведенных им исследований, в которых  изложил основные положения своего учения.

Положения эти сводятся к следующему:

§ эффект химического  действия веществ определяется двумя  факторами: а) взаимным сродством этих веществ и б) массой реагирующих  веществ. Произведение силы взаимного  сродства на массу реагирующих веществ  Бертолле назвал химической массой;

§ в подавляющем  большинстве химических процессов - реакция обмена - одна составляющая часть вещества вытесняет другую не только благодаря большей силе своего сродства, но и благодаря  большей массе, взятой в реакцию. Если бы отсутствовал фактор , то все реакции были бы направлены в одну сторону- в сторону вытеснения более сильным реагентом более слабой составной части. Например, чтобы получить азотную кислоту из ее солей, обычно применяют серную кислоту как более сильную в сравнении с азотной. Но Бертолле доказал, что возможна и обратная реакция, для чего следует только изменить соотношение действующих масс и условия реакции;

§ химические реакции  являются в принципе обратимыми. Степень  обратимости зависит от действующих  масс и условий процесса. Большинство  реакций является обратимыми. Обратимые  химические реакции представляют собой  единство двух противоположных реакций - прямой и обратной. Единство и взаимодействие этих противоположностей составляет одно из противоречий любого обратимого химического  процесса.

§ все вещества состоят из мельчайших частиц, взаимодействие которых в зависимости от факторов (а) и (б) приводит к их объединению в частицы больших размеров (реакции присоединения) или к перегруппировке (реакции обмена);

§ состав образующихся соединений зависит также от факторов (а) и (б) и в общем случае должен быть переменным, что особенно характерно для растворов и сплавов.

Химию можно определить как науку, изучающую вещества и  процессы их превращения, сопровождающиеся изменением состава и структуры. Химический процесс сопровождается изменением состава веществ, их структуры  и обязательно энергетическими  изменениями в реагирующей системе. В химическом процессе происходит перегруппировка  атомов, сопровождающаяся разрывом химических связей в исходных веществах и  образованием химических связей в продуктах  реакции. Вследствие взаимосвязанности  форм движения материи и их взаимопревращаемости в результате химических реакций имеет место превращение химической энергии в теплоту, свет и др. Химические реакции- это превращение одних веществ (реагентов) в другие (продукты реакции), отличающиеся от исходных составом, строением и свойствами. Но при переходе, где от одних веществ к другим в процессе превращения в реакции может присутствовать переходное состояние. В нем имеет место протекание таких противоположных процессов, как соединение и распад, разложение и синтез, ассоциация и диссоциация. Именно в переходном состоянии наиболее отчетливо находят свое проявление единство прерывного и непрерывного в химической форме движения материи. В процессе химической реакции меняется взаиморасположение реагентов, перестраивается химическая связь (электронные орбитали). Разрываются связи в исходных веществах и образуются новые связи в продуктах реакции. При этом реакция протекает с выделением или поглощением энергии в зависимости от соотношений энергией разрыва и образования связей. С количественной стороны реакция может характеризоваться объемными или весовыми соотношениями между реагирующими веществами, их концентрацией, скоростью процесса и т.д. Качественные и количественные характеристики любой реакции находятся в неразрывной связи. Поэтому, зная закономерности такой взаимосвязи, можно контролировать процесс, управлять им, что широко используется на практике.

Знания, накопленные  в процессе изучения химических реакций, а также учение о химической связи  и строении вещества обогатили и  углубили представления человека о  диалектике природных явлений и  этим способствовали совершенствованию  научной картины мира.  

Заключение 

Химия имела огромное место на протяжении всей истории. Будучи составной частью, в истории формирования общей естественнонаучной картины  мира, история познания химических свойств вещества, история практического  овладения им, тесно переплеталась  с историей развития отношения человека с окружающим миром, с историей познания материальной и духовной стороны  этих отношений. История химии убедительно  свидетельствует о том, что многие крупные представители этой науки  отличались высокой гносеологической культурой и в той или иной мере всегда проявляли интерес мировоззренческой, методологической и социальной стороне  развития химии, а характер и уровень  их позиции всегда отражался в  направлениях, методах и результатах  их исследований.

Вопросы общего мировоззренческого характера и вопросы, касающиеся законов познания, особенно тесно  вплетены в повседневную деятельность химика. Химическая наука находится  сейчас на пороге грандиозного взлета. Ей предстоит выяснить процессы образования  минералов земной коры, химических соединений на других планетах и звездах, проникнуть в самые тайники биохимических  превращений, вооружить промышленность, сельское хозяйство, здравоохранение  новыми синтетическими препаратами. Те успехи, которые одерживала химия  в познании природы, явились результатом  тесного единства в развитии химической теории и практики.

Развитие химии  убеждает в необходимости дальнейшего  углубленного изучения механизмов научного мышления химиков, его «технологии», его особенностей на разных этапах химической науки. Гносеологический анализ познавательной деятельности химика, его абстракций, моделей, применяемых  методов упрощения и идеализации  важен в первую очередь для  самих химиков.

Недостаточное понимание  действия и природы средств познания, их происхождения и возможностей обычно оказывается причиной методологических ошибок в исследованиях и выводах, беспомощности перед натиском метафизических и идеалистических спекуляций на гносеологических трудностях при замене одних абстракций на другие, приводит к напрасной трате научных  сил и материальных средств. В  заключение можно сказать, что вопросы  химии не являются вопросами, без  решения которых эта наука  может быстро и успешно развиваться. Эти вопросы, так или иначе, выступают  как одна из составных частей и  в разработке конкретных научных  проблем современной химии, прежде всего ее больших теоретических  проблем, и в повседневной деятельности химика по добыванию новых знаний о веществе, по преобразованию веществ  природы в жизненно нужные людям материальные благ