Применение достижений современной химии в гуманитарной сфере деятельности общества

Призвание науки — добывать новые знания. Для этого нужно дерзание, желание и умение вырваться из плена сложившихся представлений, необходимо «дум высокое стремленье».

Наука — творческая деятельность, направленная на достижение ее главной цели и основного результата: получение, обоснование и систематизация новых знаний (понятий, законов, теорий) о природе, обществе, человеке. Примеры известны: законы Ньютона, периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева, теория эволюции органического мира Ч. Дарвина и т. п. Понятие «наука» означает также совокупность систематизированных знаний в какой-либо отрасли науки, например математическая наука, химическая наука.

Итак, наука — система знаний. Вспомните, что система — это совокупность элементов, связанных друг с другом и образующих определенную целостность. Главной задачей науки, ее «собственной задачей», отмечают ученые, является производство новых истинных знаний, методов их создания и оценки.

О науке в современном смысле слова, полагает большинство исследователей, можно говорить начиная с XVII— XVIII вв. В эту эпоху появляются капитальные труды по астрономии, физике, математике, развиваются приемы наблюдения и эксперимента. В дальнейшем значение науки возросло, началось ее проникновение в технологию. Английскому ученому А. Тойнби принадлежат крылатые слова: «сознание — мать технологии», наука и технология «обручились друг с другом и шагают вместе». Так наука начала реализовывать две свои основные функции: познавательную (теоретическое проникновение в сущность реальных явлений) и практически-действенную (участие в преобразующей деятельности человека, общества). Соответственно этим функциям принято и членение существующих наук на фундаментальные и прикладные.

О государственном и общественном признании науки свидетельствовало возникновение во второй половине XVII в. первых академий наук: Лондонского королевского общества, Парижской академии наук. В начале XVIII в. была учреждена Петербургская академия наук, позже названная Российской.

Научная работа превращалась в профессию, научно-исследовательская деятельность — в устойчивую общественную и культурную традицию, а наука — в социальный институт. Всеобъемлющее развитие науки относится к XX в., к современности. Вошедший в мировой обиход термин «большая наука» ученые характеризуют как новую обширную сферу научной и научно-технической деятельности, теоретических и прикладных исследований и разработок. Массовый характер приобретает привлечение ученых в производственные лаборатории и конструкторские отделы предприятий и фирм, где они решают конкретные задачи, диктуемые потребностями времени, которые являются постоянным источником новых идей, указывающим пути научно-технического прогресса (НТП). НТП — это единое, взаимообусловленное поступательное развитие науки и техники.

Приведем некоторые данные, характеризующие современную науку. В начале XX в. в мире было 100 тыс. ученых, в конце века — свыше 5 млн. В развитых странах за 7—10 лет удваивается число ученых. Такие высокие темпы привели к тому, что около 90% всех ученых, когда-либо живших на Земле, являются нашими современниками.

Мировая научная информация в XX в. удваивалась за 10—15 лет, постоянно издается несколько сотен тысяч журналов (около 10 тыс. в 1900 г.), 90% всех предметов, созданных человеком и окружающих нас, придуманы в XX в. Объем мирового промышленного производства в конце XX в. был в 20 раз выше, чем в начале века.

Исследования ученых дают основание выделить значимые черты современной науки. Это, прежде всего, универсальность, Общество получает проверенные, обоснованные, систематизированные знания обо всем, что подвергается исследованию: природные явления на Земле и в Галактике в их постоянном развитии и изменении; основные стадии возникновения и развития человека, функционирование его психики; роль экономики в жизни общества, демографические и другие социальные проблемы, история народов, их культура; творчество и судьбы людей; развитие самой науки, ее взаимодействие с другими областями культуры.

Наука исследует деятельность человечества во всех сферах общественной жизни.

Другая черта науки — ее безграничность. «Наука,— говорил естествоиспытатель, член Петербургской академии наук К. М. Бэр,— вечна в своем источнике, не ограничена в своей деятельности ни временем, ни пространством, неизмерима по своему объему, бесконечна по своей задаче».

Осознание незавершенности науки способствует появлению различных научных школ, гласной и негласной конкурентной борьбе за эффективное и быстрое проведение исследований.

Продуктивное развитие науки требует оптимального сочетания индивидуального поиска и деятельности крупных творческих коллективов. Новые фундаментальные проблемы нередко решались в одиночку крупными учеными (например, теория относительности А. Эйнштейна), а иногда и небольшой группой исследователей. Здесь особенно важна инициатива ученого, его озарение. Поиск нового, соединенный с талантом,— важный фактор продвижения в науке. Но подавляющее большинство научных исследований современной эпохи требует создания больших коллективов и вдумчивой координации всех проводимых исследований.

Признанным центром российской науки является Российская академия наук (РАН). В ее научных подразделениях трудятся свыше 110 тыс. человек. Нет ни одной сферы жизни человека, в деятельность которых РАН не внесла бы весьма ощутимого вклада — технико-экономического и гуманитарного.

НТП во многом базируется на достижениях научно-производственных центров, таких, как «Курчатовский институт», исследующий проблемы атомной энергии, «Рубин», занимающийся вопросами сооружения подводного флота, и т. п.

Современная наука сочетает дифференциацию и интеграцию исследований, ныне она насчитывает около 15 тыс. дисциплин. Это объясняется многообразием явлений изучаемого наукой реального мира, ростом информации, специализацией ученых по сужающимся исследовательским областям, требованиями НТП о дифференцированных исследованиях в различных значительно отличающихся друг от друга отраслях производства. «Растекание реки знаний неизбежно,— писал видный отечественный ученый, академик Н. Н. Моисеев,— оно диктуется необходимостью высокого профессионализма, детальных знаний...» Но в не меньшей степени нужны и интегральные исследования, поскольку «необходим комплексный разноплановый анализ, опирающийся на данные различных наук, требующий синтеза знаний».

Важнейшей особенностью большой науки является ее теснейшее сближение с потребностями развивающегося общества. Удовлетворить эти потребности может только наука, способная, говоря словами поэта, «услышать жизни зов». Так общество дает толчок, стимул к определенной научной деятельности.

В качестве примера назовем исследовательские решения важных проблем постиндустриального общества. Открытия в электронике, оптике, химии, в печатном деле, художественном творчестве позволили создать и развить мощнейшую систему печатных электронных средств массовой информации, оказывающих глубочайшее воздействие (позитивное и негативное) на умы и чувства личности, на жизнь человечества. Сравнительно недавно слово «лазер» мало кто знал. Но после открытий, сделанных лауреатами Нобелевской премии А. М. Прохоровым и Н. Г. Басовым, оно стало известно многим. Разработка проблем, связанных с лазером, его многообразным применением в биологии, астрономии, средствах связи и других сферах, потребовала перехода на совершенно новые технологии, которые прежде не существовали ни в одной стране мира.

Известна потребность общества и в энергетических ресурсах. Здесь научный поиск может привести к фантастическим результатам. Кукуруза вместо нефти — таков смелый и осуществляемый замысел. В США уже разработана биотехнология получения топливного спирта из стеблей кукурузы, которые фермеры прежде сжигали. Данная технология не только дешева, но, по утверждению ее создателей, позволяет надеяться на то, что через 25 лет четверть химической промышленности США может быть переведена на растительное сырье.

Домашнее задание:

1. Из приведенного перечня определить вещество или тело:

гвоздь, стакан, стекло, воронка, железо, линейка, крахмал, Al проволока.

2. Указать вещества, из которых сделаны тела:

подкова, вилка, линейка, пробирка, авторучка

3. О каких веществах можно сказать:

а) при обычных условиях – бесцветная жидкость без вкуса, запаха, t_кип. = 100°С, затвердевает при 0°С. Почему?

б) твердое вещество красноватого цвета, хорошо проводит электрический ток, обладает высокой пластичностью, позволяет изготавливать тонкую проволоку.

4. Если науку Химию изобразить в виде Древа познания, какие науки мы поместим в корневую систему, а какие – в крону?

5. Обдумайте положения о науке как системе, о том, что такое ее «собственная задача», истинные знания и методы их добычи.

6. Опираясь на ваши знания по ряду предметов, опишите влияние НТП на современное общественное развитие.

7. Опираясь на знания по различным предметам и имеющийся у вас жизненный опыт, приведите конкретные примеры влияния науки на духовную, экономическую, социальную и политическую сферы общества.

8. Опираясь на свои знания по ряду учебных предметов, назовите открытия последней четверти XX в., оказавшие серьезное влияние на промышленное и сельскохозяйственное производство, на повышение качества жизни людей.

Самостоятельная работа:

Выполнение индивидуальных проектов по темам:

- Отражение химических сюжетов в произведениях художественной литературы и искусства;

- М.В. Ломоносов – «первый русский университет»;

- Д.И. Менделеев об образовании и государственной политике

- Естествознание как система наук о природе.Составные части естествознание и основные этапы его развития.

- Материя: определение и виды материи в современном представлении. Структурные уровни организации материи.

- Уровни организации живых систем.

 

 

Законы химии

 

1. Стехиоме́трия

Стехиоме́трия (от др.-греч. στοιχεῖον «элемент» + μετρέω «измерять») — система законов, правил и терминов, обосновывающих расчёты состава веществ и количественных соотношений между массами (объёмами для газов) веществ в химических реакциях.

Термин «стехиометрия» ввёл И. Рихтер в книге «Начала стехиометрии, или Искусство измерения химических элементов» (J. B. Richter. Anfangsgründe der Stöchyometrie oder Meßkunst chymischer Elemente. Erster, Zweyter und Dritter Theil. Breßlau und Hirschberg, 1792–93), обобщивший результаты своих определений масс кислот и оснований при образовании солей.

Стехиометрия включает нахождение химических формул, составление уравнений химических реакций, расчёты, применяемые в препаративной химии и химическом анализе. Понятие стехиометрии относят как к химическим соединениям, так и к химическим реакциям.

Соотношения, в которых, согласно законам стехиометрии, вступают в реакцию вещества, называют стехиометрическими, так же называют соответствующие этим законам соединения. В стехиометрических соединениях химические элементы присутствуют в строго определённых соотношениях (соединения постоянного стехиометрического состава, они же дальтониды).

Примером стехиометрических соединений могут служить вода Н₂О, сахароза С₁₂Н₂₂О₁₁ и практически все другие органические, а также множество неорганических соединений.

В то же время многие неорганические соединения в силу разных причин могут иметь переменный состав (бертоллиды). Вещества, для которых наблюдаются отклонения от законов стехиометрии, называют нестехиометрическими. Так, оксид титана(II) имеет переменный состав, в котором на один атом титана может приходиться от 0,65 до 1,25 атомов кислорода.

В основе стехиометрии лежат законы сохранения массы, эквивалентов, закон Авогадро, Гей-Люссака, закон постоянства состава, закон кратных отношений. Открытие законов стехиометрии, строго говоря, положило начало химии как точной науки. Правила стехиометрии лежат в основе всех расчётов, связанных с химическими уравнениями реакций и применяются в аналитической и препаративной химии, химической технологии и металлургии.

 

2. Закон сохранения массы веществ

 

Проблемный вопрос: изменится ли масса реагирующих веществ по сравнению с массой продуктов реакции?

Чтобы ответить на данный вопрос наблюдайте за следующими видео-экспериментами: (пройдите по ссылкам)

Горение свечи в замкнутом сосуде

Сохранение массы веществ в реакциях

Вывод: Масса веществ до и после реакции не изменилась.

Формулировка закона сохранения массы: масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе образовавшихся веществ.

С точки зрения атомно-молекулярного учения этот закон объясняется тем, что при химических реакциях общее количество атомов не изменяется, а происходит лишь их перегруппировка.

Закон сохранения массы веществ является основным законом химии, все расчеты по химическим реакциям производятся на его основе. Именно с открытием этого закона связывают возникновение современной химии как точной науки.

Закон сохранения массы был теоретически открыт в 1748 году и экспериментально подтверждён в 1756 году русским ученым М.В. Ломоносовым.

Французский учёный Антуан Лавуазье в 1789 году окончательно убедил учёный мир в универсальности этого закона. Как Ломоносов, так и Лавуазье пользовались в своих экспериментах очень точными весами. Они нагревали металлы (свинец, олово, и ртуть) в запаянных сосудах и взвешивали исходные вещества и продукты реакции.

 

Химические уравнения

Закон сохранения массы веществ применяется при составлении уравнений химических реакций.

Химическое уравнение – это условная запись химической реакции посредством химических формул и коэффициентов.

 

Посмотрим видео - эксперимент: Нагревание смеси железа и серы (пройдите по ссылке)

В результате химического взаимодействия серы и железа получено вещество – сульфид железа (II) – оно отличается от исходной смеси. Ни железо, ни сера не могут быть визуально обнаружены в нем. Невозможно их разделить и с помощью магнита. Произошло химическое превращение.

Исходные вещества, принимающие участие в химических реакциях называются реагентами.

Новые вещества, образующиеся в результате химической реакции называются продуктами.

Запишем протекающую реакцию в виде уравнения химической реакции:

Fe + S = FeS