Основные проблемы в современной химии

                                          СОДЕРЖАНИЕ

1.Введение………………………………………………………………….……2

2.Актуальность  и этапы развития  химии…………………………………..2

3.Современная  характеристика экологических проблем…………..……..5

4.Продовольственная  проблема……………………………………….….....10

5.Химия в  решении проблем обеспечения  энергией………………….....13

6.Экологическая  проблема и пути её решения…………………………....16

7.Заключение………………………………………………………………..…20

8.Список использованной  литературы………………………………….….21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Химия — одна из отраслей естествознания, предметом изучения которой являются химические элементы (Атомы), образуемые ими простые и сложные вещества (молекулы (См. Молекула)), их превращения  и законы, которым подчиняются  эти превращения. По определению  Д. И. Менделеева (1871), «химию в современном  ее состоянии можно... назвать учением  об элементах». Металлы составляют одну из основ  цивилизации  на  планете  Земля.  Их широкое внедрение  в промышленное  строительство  и  транспорт  произошло  на рубеже XVIII-XIX. В это время появился  первый  чугунный  мост,  спущено  на воду первое судно, корпус которого был изготовлен из стали,  созданы  первые железные  дороги.  Начало  практического  использования   человеком   железа относят к IX веку до нашей эры.  Именно в этот период  человечество  перешло  из бронзового века в век железный.     В XXI  веке  высокие  темпы  развития  промышленности,  интенсификация

производственных  процессов, повышение  основных  технологических  параметров (температура, давление, концентрация реагирующих  средств и др.)  предъявляют  высокие требования к надежной эксплуатации технологического  оборудования  и строительных  конструкций.  Особое  место   в   комплексе   мероприятий   по обеспечению  бесперебойной  эксплуатации  оборудования  отводится   надежной защите его  от коррозии  и  применению  в  связи  с  этим  высококачественных химически стойких материалов.

Необходимость  осуществления  мероприятий  по   защите   от   коррозии

диктуется тем обстоятельством, что потери от коррозии  приносят  чрезвычайно  большой ущерб. По имеющимся  данным,  около  10% ежегодной  добычи  металла  расходуется  на  покрытие  безвозвратных  потерь   вследствие   коррозии   и последующего распыления.  Основной  ущерб  от  коррозии  металла  связан  не только с потерей больших  количеств металла, но и с  порчей  или  выходом  из строя самих  металлических конструкций, т.к. вследствие коррозии  они  теряют необходимую    прочность,    пластичность,    герметичность,    тепло-     и

электропроводность,   отражательную   способность   и   другие   необходимые  качества. К потерям, которые терпит народное хозяйство от  коррозии,  должны быть  отнесены  также   громадные   затраты   на   всякого   рода   защитные антикоррозионные  мероприятия,  ущерб  от  ухудшения  качества   выпускаемой продукции, выход  из строя оборудования, аварий в производстве и так далее.

Защита  от  коррозии  является  одной  из  важнейших  проблем,  имеющей

большое значение для народного хозяйства.

Коррозия  является физико-химическим процессом, защита же  от  коррозии

металлов  – проблема химии в чистом виде. 

Важнейшей особенностью основной проблемы химии  является то, что она имеет всего  четыре способа решения вопроса. Свойства вещества зависят от четырех  факторов:

1.от  элементного и молекулярного  состава вещества;

2.от  структуры молекул вещества;

3.от  термодинамических и кинетических  условий, в которых вещество  находится в процессе химической  реакции;

4.от  уровня химической организации  вещества. 

Поскольку эти способы появлялись последовательно, мы можем в истории химии выделить четыре последовательно сменявших  друг друга этапа ее развития. В  то же время с каждым из названных  способов решения основной проблемы химии связана своя концептуальная система знаний. Эти четыре концептуальных системы знания находятся в отношениях иерархии (суб ординации). В системе химии они являются подсистемами, так же как сама химия представляет собой подсистему всего естествознания в целом. Концептуальные системы химии можно представить следующим образом:

XVII в.  — учение о составе вещества;

XIX в.  — структурная химия;

XX в.  — учение о химических процессах;

середина XX в. — эволюционная химия. 

В развитии химии происходит не смена, а строго закономерное, последовательное появление  концептуальных систем. При этом вновь  появляющаяся система опирается  на предыдущую и включает ее в себя в преобразованном виде. Таким образом, появляется система химии — единая целостность всех химических знаний, которые появляются и существуют не отдельно друг от друга, а в тесной взаимосвязи, дополняют друг друга и объединяются в концептуальные системы знаний, которые находятся между собой в отношениях иерархии. 

Учение  о составе вещества. Первый уровень  химического знания. Первый действенный  способ решения проблемы происхождения свойств вещества появился в XVII в. в работах английского ученого Р. Бойля. Его исследования показали, что качества и свойства тел не имеют абсолютного характера и зависят оттого, из каких химических элементов эти тела составлены. У Бойля наименьшими частичками вещества оказывались неосязаемые органами чувств мельчайшие частички (атомы), которые могли связываться друг с другом, образуя более крупные соединения — кластеры (по терминологии Бойля). В зависимости от объема и формы кластеров, от того, находились они в движении или покоились, зависели и свойства природных тел. Сегодня мы вместо термина «кластер» используем понятие «молекула».

В период с середины XVII в. до первой половины XIX в. учение о составе вещества представляло собой всю химию того времени. Оно существует и сегодня, представляя  собой первую концептуальную систему  химии. На этом уровне химического знания ученые решали и решают три важнейшие  проблемы: химического элемента, химического  соединения и задачу создания новых  материалов с вновь открытыми  химическими элементами.

Концепция химического элемента появилась  в химии в результате стремления человека обнаружить первоэлемент природы. Р. Бойль положил начало современному представлению о химическом элементе как о простом теле, пределе  химического разложения вещества, переходящем  без изменения из состава одного сложного тела в другое.

Но еще  целый век после этого химики делали ошибки в выделении химических элементов: сформулировав понятие  химического элемента, ученые еще  не знали ни одного из них.

Химическим  элементом называют все атомы, имеющие  одинаковый заряд ядра. Особой разновидностью химических элементов являются изотопы, у которых ядра атомов отличаются числом нейтронов (поэтому у них  разная атомная масса), но содержат одинаковое число протонов и поэтому  занимают одно и то же место в  периодической системе элементов. Термин «изотоп» был введен в 1910 г. английским радиохимиком Ф. Содди. Различают стабильные (устойчивые) и нестабильные (радиоактивные) изотопы.

С момента  открытия изотопов наибольший интерес  вызвали радиоактивные изотопы, которые стали широко использоваться в атомной энергетике, приборостроении, медицине и т. д.

Концепция химических соединений. Долгое время  химики эмпирическим путем определяли, что относится к химическим соединениям, а что — к простым телам  или смесям. В начале XIX в. Ж. Пруст сформулировал закон постоянства состава, в соответствии с которым любое индивидуальное химическое соединение обладает строго определенным, неизменным составом и тем самым отличается от смесей.

Теоретическое обоснование закона Пруста было дано Дж. Дальтоном в законе кратных  отношений. Согласно этому закону состав любого вещества можно было представить  как простую формулу, а эквивалентные  составные части молекулы — атомы, обозначавшиеся соответствующими символами, — могли замещаться на другие атомы. 

Но дальнейшее развитие химии и изучение все  большего числа соединений приводили  химиков к мысли, что наряду с  веществами, имеющими определенный состав, существуют еще и соединения переменного  состава — бертоллиды. В результате были переосмыслены представления  о молекуле в целом. Молекулой, как  и прежде, продолжали называть наименьшую частичку вещества, способную определять его свойства и существовать самостоятельно. Но в XX в. была понята сущность химической связи, которая стала пониматься как вид взаимодействия между  атомами и атомно-молекулярными  частицами, обусловленный совместным использованием их электронов. Существуют ковалентные, полярные, ионные и ионно-ковалентные  химические связи, отличающиеся характером физического взаимодействия частиц между собой. Поэтому теперь под  химическим соединением понимают определенное вещество, состоящее из одного или  нескольких химических элементов, атомы  которых за счет взаимодействия друг с другом объединены в частицу, обладающую устойчивой структурой: молекулу, комплекс, монокристалл или иной агрегат.

Современная характеристика экологических  проблем.

Существует такая проблема, как  экологическая - один из парадоксов хозяйственной деятельности человека.

В контексте  этой проблемы следует остановиться также на ассортименте и качестве выпускаемых удобрений (аммофос, аммофосфат, карбамид, аммиачная селитра и др.). Все они выпускаются в соответствии с ГОСТом, предусматривающим определённую влажность, прочность гранул, рассеиваемость, слёживаемость, содержание питательных элементов и т.д. На момент отгрузки удобрения с завода, казалось бы, действительно, всё идёт хорошо, но как только эта продукция попадает в хозяйства, оказывается, что не все товарные показатели соответствуют ГОСТу. Аммиачная селитра, карбамид, например, вместо рассыпчатых гранул приобретают форму мешка, монолита. Внести такое удобрение равномерно в почву уже не предоставляется возможным, а потому нередко на поле можно увидеть кое-как раздробленные куски этих удобрений или монолиты в форме мешков где-нибудь в системе поливочных коллекторов. 

В мировой  научной литературе уделено также  большое внимание отходам и веществам  гумусовой природы. В итоге насильственной химизацией был нанесён колоссальный ущерб окружающей среде и биосфере. Почвы на планете в результате этой акции почти полностью деградировали. Общие потери пахотных земель только за последние 50-60 лет составили на планете более 300 млн. га, а за всю  историю земледелия потери превзошли  всю площадь всей современной  пашни. В настоящее время только в СНГ для компенсации ежегодных  потерь гумуса пахотными почвами требуется минимально около 1,5 млрд. т органических удобрений, тогда как реальные ресурсы вряд ли превышают 1,0 млрд. т в год. Эти простые примеры подчёркивают актуальность проблемы и трубят о кризисной экологической ситуации на планете.

Однако, несмотря на, казалось бы, очевидную  выгоду, которую можно получить, если вовлечь в сферу производства удобрений огромные запасы вторичного и некондиционного сырья, промышленные отходы и вещества гумусовой природы, в нашей стране, к сожалению, до сих пор не решён главный вопрос − немедленная или плановая их утилизация, например, для масштабного  производства и применения органических и органоминеральных удобрений, ввиду чего огромные количества жидких, твёрдых и газообразных отходов, которые можно было бы использовать для этих целей, получили прописку в отвалах, статус "сырьё на свалку" и на протяжении многих десятилетий наносят огромный ущерб окружающей среде во всём мире.

Исправить создавшееся катастрофическое положение, особенно в регионах, где сконцентрирована большая промышленность, можно лишь в одном случае, если в наших  странах будут приняты законы об отходах и безотходных технологиях, которые бы обязывали науку, министерства и ведомства при разработке и  строительстве тех или иных предприятий  в любой отрасли предусматривать  обязательную утилизацию или обезвреживание отходов. Реализация выдвинутой концепции и принятие закона об отходах позволят вывести промышленные и сельскохозяйственные отрасли на совершенно новую ступень развития, при которой учёные, производственники, проектировщики, конструкторы и другие специалисты будут решать единую задачу - создание безотходного производства. Это, в свою очередь, позволит нам уберечь окружающую среду от загрязнения, неминуемые отходы превратить в сырьё и значительно повысить КПД использования природных ресурсов. Вместе с тем следует иметь в виду при этом, что прогресс, формируемый по воле и законам человека, не будет вступать в противоречие с законами природы, ибо эти законы − равновесия и гармонии − во все времена останутся самыми совершенными. Для доказательства этого и для обоснования правильности выбранного пути приведём всего лишь один пример.