Концептуальные уровни в познании веществ и химические системы

Химию обычно рассматривают как науку о свойствах, составе и качественном превращении различных веществ. Свойства, которые при этом изучаются, принято называть химическими потому, что они характеризуют способность веществ участвовать во взаимодействии с другими веществами и вступать с ними в химические реакции. Состав же определяется теми компонентами, которые непосредственно реагируют с другими компонентами, так как в ходе реакции используются также другие вещества (катализаторы), которые после реакции остаются неизменными.

Поскольку при химических реакциях происходят качественные изменения и превращения веществ, то одна из основных задач химии состоит в тщательном изучении этих реакций, а именно в какой мере они зависят от состава реагирующих веществ и условий их протекания. В первое время именно по составу реагирующих веществ пытались объяснить свойства полученных новых веществ. Уже на этом этапе ученые встретились с огромными трудностями. Ведь для того, чтобы понять, какие первоначальные элементы обусловливают свойства простых и сложных веществ, надо, во-первых, уметь различать простые и сложные вещества, во-вторых, научиться определять те элементы, от которых зависят их свойства. Между тем долгое время ученые считали, например, металлы сложными веществами, а об элементах существовали самые противоречивые представления. В античной и средневековой науке элементы часто отождествляли со стихиями, из которых образуются все вещи (Эмпедокл и Аристотель), или же просто со свойствами самих вещей (алхимики). Даже понятие простого тела, с помощью которого Р. Бойль пытался определить элемент, оставалось недостаточно ясным и допускало множество разных толкований.

В этой главе мы рассмотрим, как исторически формировалось понятие химического элемента, на основании каких признаков простые вещества отличали от их соединений или сложных веществ. Посколь-

ку химия занимается прежде всего изучением различных типов химических реакций, постольку мы обсудим также, какие факторы влияют на характер их протекания и эффективность получения продуктов реакций.

11.1. Исторические уровни в познании химических веществ

Несмотря на обилие эмпирического материала о свойствах различных веществ, особенностях протекания разнообразных реакций, в химии до открытия в 1869 г. периодической системы химических элементов Д.И. Менделеевым (1834—1907) не существовало той объединяющей концепции, с помощью которой можно было бы объяснить весь накопленный фактический материал. Следовательно, невозможно было представить все наличное знание как систему теоретической химии.

Было бы, однако, неправильным не учитывать той громадной исследовательской работы, которая привела к утверждению системного взгляда на химические знания. Уже с первых шагов химики на интуитивном и эмпирическом уровне поняли, что свойства простых веществ и химических соединений зависят от тех неизменных начал, которые впоследствии стали называть элементами. Выявление и анализ этих элементов, раскрытие связи между ними и свойствами веществ охватывают значительный период в истории химии, начиная от гипотезы Р. Бойля (1627—1691) и кончая современными представлениями о химических элементах как разновидностях изотопов, т.е. атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра и отличающихся по своей массе.

Первый концептуальный уровень в познании веществ можно назвать исследованием различных свойств и превращений веществ в зависимости от их химического состава, определяемого их элементами. Здесь мы видим поразительную аналогию с той концепцией атомизма, о которой шла речь в предыдущих главах. Химики, как и физики, искали ту первоначальную основу (элемент), с помощью которой пытались объяснить свойства всех простых и сложных веществ.

Второй концептуальный уровень связан с исследованием структуры, т.е. способа взаимодействия элементов в составе веществ и их соединений. Эксперимент и производственная практика убедительно доказывали, что свойства веществ, полученных в результате химических реакций, зависят не только от элементов, но и от взаимосвязи и взаимодействия этих элементов в процессе реакции.

Третий уровень познания представляет собой исследование внутренних механизмов и условий протекания химических процессов, таких, как температура, давление, скорость протекания реакций и некоторые другие. Все эти факторы оказывают существенное влияние на характер процессов и объем получаемых веществ, что имеет первостепенное значение для массового производства.

Наконец, четвертый концептуальный уровень является дальнейшим развитием предыдущего уровня, связанным с более глубоким изучением природы реагентов, участвующих в химических реакциях, а также с применением катализаторов, значительно ускоряющих скорость их протекания. На этом уровне мы встречаемся также с простейшими явлениями самоорганизации, изучаемыми синергетикой.

11.2. Состав вещества, химические системы и их структура

Для определения свойств веществ необходимо установить, из каких элементов они состоят, а это предполагает наличие точного понятия химического элемента. Упоминавшееся выше определение Р. Бойлем элемента как «простого тела», а тем более ранние попытки отождествить элементы непосредственно со свойствами и качествами веществ не достигали этой цели. Ни сам Бойль, ни его последователи не имели ясного представления о «простом теле» и потому принимали за него, по сути дела, химическое соединение. Так, например, в XVIII в. железо, медь и другие известные в то время металлы ученые рассматривали как сложные тела, а окалину, получающуюся при их нагревании, — как простое тело. Теперь мы знаем, что окалина, или оксид металла, представляет собой соединение металла с кислородом, т.е. сложное тело.

Ошибочное представление, существовавшее в XVIII в., было навязано ученым господствовавшей в то время ложной гипотезой флогистона, которую впервые выдвинул немецкий врач и химик Г. Шталь (1659— 1734). С ее помощью он пытался дать общее объяснение химическим реакциям и для этого предположил, что существует особое невесомое вещество, которое он назвал флогистоном (от греч. — зажигать, гореть). Шталь считал, что металлы состоят из окалины и флогистона, который при нагревании улетучивается, и остается чистый элемент. В состав пчелиного воска и угля, по его мнению, входит преимущественно флогистон, который при горении улетучивается, и в результате остается лишь немного золы.

Эта гипотеза была опровергнута известным французским химиком А. Лавуазье (1743—1794) после открытия кислорода и выявления его

роли в процессах окисления и горения. Он же первый предпринял попытку систематизации открытых к тому времени 33 химических элементов, хотя при этом отнес к ним и некоторые химические соединения (известь, магнезию и др.), и даже теплоту и свет.

Лавуазье считал элементами только такие тела, которые не поддавались в его время реакции разложения. Действительно, с помощью такой реакции можно разложить, например, поваренную соль на составляющие элементы — натрий и хлор: NaCl = Na + Cl. Однако он отнес к элементам негашеную известь (окись кальция СаО) и гашеную известь Са(ОН)₂, которые являются сложными веществами.

Постепенно химики открывали все новые и новые химические элементы, описывали их свойства и реакционную способность и благодаря этому накопили огромный эмпирический материал, который необходимо было привести в определенную систему. Такие системы предлагались разными учеными, но были весьма несовершенными потому, что в качестве системообразующего фактора брались несущественные, второстепенные и даже чисто внешние признаки элементов.

Великая заслуга Дм.И. Менделеева состоит в том, что, открыв периодический закон, он заложил фундамент для построения подлинно научной системы химических элементов. В качестве системообразующего фактора, или, как он писал, «неизменного общего в изменяемом и частном», он выбрал атомную массу, или атомный вес. В соответствии с атомным весом он расположил химические элементы в систему и показал, что их свойства находятся в периодической зависимости от величины атомного веса. Более того, он предсказал существование шести неизвестных элементов, оставив для них пустые клетки в своей таблице. Впоследствии эти элементы были открыты химиками, и их свойства оказались такими, какие предсказал Менделеев. Благодаря этому его периодическая система получила широкое признание в научном мире.

Дальнейшее развитие науки позволило уточнить, что свойства химических элементов зависят от заряда ядра атомов, который определяется числом протонов или соответственно электронов. Тем самым была решена и проблема химического элемента, которая с XVII в. оставалась предметом многочисленных дискуссий.

В настоящее время химическим элементом называют вещество, все атомы которого обладают одинаковым зарядом ядра, хотя и различаются по своей массе, вследствие чего атомные веса элементов не всегда выражаются целыми числами.

С позиций атомизма решается также проблема химического соединения. Что считать смесью, а что химическим соединением? Обладает ли такое соединение постоянным или переменным составом?

Еще в начале XIX в. по этим вопросам возникла острая дискуссия между известными французскими химиками Ж. Прустом (1754—1826) и К. Бертолле (1748—1822). Пруст считал, что любое химическое соединение должно обладать вполне определенным, постоянным составом, и это свое убеждение сформулировал в виде закона постоянства состава. По его мнению, именно постоянный состав отличает химические соединения от смесей. Впоследствии закон постоянства состава с позиций атомно-молекулярного учения обосновал выдающийся английский химик Дж. Дальтон (1766—1844). Он утверждал, что всякое индивидуальное вещество — простое или сложное — состоит из мельчайших частиц — молекул, которые, в свою очередь, образованы из атомов. Именно молекулы являются наименьшими частицами, обладающими свойствами вещества. Например, молекула такого простого вещества, как кислород (O₂), образована из двух атомов и характеризуется всеми теми свойствами, которые присущи этому веществу. Молекулы сложных веществ, или химических соединений, образованы из разных атомов и поэтому обладают свойствами, отличными от свойств составных частей. Так, например, вода (Н_2O) представляет собой жидкость, а образована она из двух атомов водорода и одного атома кислорода, веществ, которые в свободном состоянии являются газами. Важно подчеркнуть, что, каким бы способом то или иное химическое соединение ни было получено, оно всегда будет иметь тот же самый состав.

Долгое время закон постоянства химического состава считался абсолютной истиной, не допускающей никаких исключений, хотя уже Бертолле указывал на существование соединений переменного состава в форме растворов и сплавов. Впоследствии были найдены более убедительные доказательства существования химических соединений переменного состава в школе известного русского физикохимика Н.С. Курнакова (1860—1941). В честь К. Бертолле он назвал их бертол-лидами. К ним он отнес те соединения, состав которых зависит от способа их получения. Например, соединения таких двух металлов, как марганец и медь, магний и серебро и других, характеризуются переменным составом, но они представляют собой единые химические соединения. Со временем химики открыли другие соединения такого же переменного состава и пришли к выводу, что они отличаются от соединений постоянного состава тем, что не обладают специфическим молекулярным строением. Однако такой вывод оказался неубедительным с точки зрения современных научных представлений о строении атомов и молекул. Было установлено, что постоянство и непостоянство состава химических соединений являются внешней их характеристикой, поэтому и сами нуждаются в дальнейшем анализе. Такой анализ

)2-925

показывает, что природа соединения, т.е. характер взаимосвязи атомов в молекуле, зависит от их химических связей, определяемых обменным взаимодействием валентных электронов. В связи с этим изменилось и само классическое понятие молекулы, хотя основное его содержание сохранилось. Молекулой по-прежнему называют наименьшую частицу вещества, которая определяет его свойства и может существовать самостоятельно. Однако к молекулам теперь относят также разнообразные другие квантово-механические системы (ионные, атомные монокристаллы, полимеры и другие макромолекулы). В них химическая связь осуществляется путем взаимодействия не только внешних, валентных электронов, но и ионов, радикалов и других компонентов.

Таким образом, в свете современных физико-химических представлений исчезает резкое прежнее противопоставление химических соединений постоянного состава, обладающих специфическим молекулярным строением, и соединений переменного состава, лишенных этой специфики. Точно так же теряет силу отождествление химического соединения со сложным веществом или, точнее, молекулой, состоящей из нескольких разных атомов химических элементов. В принципе молекула может состоять и из двух или нескольких атомов одного элемента.

11.3. Структура вещества и химические системы

Характер любой системы, как известно, зависит не только от ее строения и состава ее элементов, но и от их взаимодействия. Именно такое взаимодействие определяет специфические, целостные свойства самой системы. Поэтому при исследовании разнообразных веществ и их реакционной способности ученым приходится заниматься и изучением их структур. Соответственно уровню достигнутых знаний менялись и представления о химической структуре веществ. Хотя разные ученые по-разному истолковывали характер взаимодействия элементов химических систем, тем не менее все они подчеркивали, что целостные свойства этих систем определяются именно специфическими особенностями взаимодействий их элементов.

В качестве первичной химической системы рассматривалась при этом молекула, и поэтому когда речь заходила о структуре веществ, то имелась в виду именно структура молекулы как наименьшей единицы вещества. Сами представления о структуре молекулы постепенно совершенствовались, уточнялись и конкретизировались, начиная от общих предположений отвлеченного характера и кончая гипотезами, обоснованными с помощью определенных химических эксперимен-

тов. По мнению известного шведского химика Й. Берцелиуса (1779— 1848), структура молекулы имеет дуалистический характер, так как связана с взаимодействием разноименно заряженных атомов или атомных групп. Так, например, любая соль, образуемая основанием и кислотой, имеет положительный и отрицательный электрические заряды. Но дуалистическая гипотеза структуры молекулы подверглась серьезной критике. Она, например, не могла объяснить многочисленные примеры строения молекул, которые образуют прочные связи со своими атомами. Поэтому еще французский химик Ш. Жерар (1816— 1856) справедливо указывал на весьма ограниченный характер представлений, развитых Берцелиусом. В противовес этому он подчеркивал, что при образовании структур различные атомы не просто взаимодействуют, но известным образом преобразуют друг друга, так что в результате возникает определенная целостность, или, как мы сказали бы теперь, система. Однако эти общие и в целом правильные представления не содержали фактических указаний, как применить их на практике для синтеза новых химических соединений и получения веществ с заранее заданными свойствами.

Такую попытку раскрытия структуры молекул и синтеза новых веществ осуществил известный немецкий химик Ф. Кекуле (1829— 1896). Он стал связывать структуру с понятием валентности элемента, или числа единиц его химического сродства. Известно, что некоторые элементы обладают определенной валентностью (от лат. valentia — сила, способность) образовывать соединения с другими элементами. Валентность как раз и определяет, с каким числом атомов способен соединяться атом данного элемента. Например, атом водорода способен соединяться с одним атомом другого элемента, атом кислорода— с двумя атомами, атом азота — с тремя атомами, а углерода — с четырьмя. Соответственно этому различают одновалентные, двух-, трех- и четырехвалентные элементы. Следовательно, валентность любого элемента может быть определена как число атомов одновалентного элемента, с которыми может взаимодействовать один атом данного элемента. Так, например, один атом кислорода, соединясь с двумя атомами водорода, образует воду, Н_2O, и поэтому является двухвалентным элементом, а азот в соединении NH₃ (аммиак) — трехвалентен. Однако такое представление о валентности нуждается в дальнейшем уточнении, так как существуют химические соединения, содержащие в своем составе ионы. Некоторые атомы, из которых они возникли, обладают способностью отдавать электроны, а другие — присоединять электроны. В результате этого полученные из них соединения обладают ионной валентностью. Существует, однако, еще

12*

большее количество соединений, которые характеризуются тем, что двум атомам одновременно принадлежит пара электронов. Связь подобного рода называется ковалентной связью, а открывший ее электронную структуру американский химик Д.Н. Льюис считает ее чисто химической связью.

На основе представлений о химическом сродстве, или валентности, и возникли те структурные формулы, которыми с незначительными видоизменениями пользуются при изучении химии, особенно органической, в школе. В этих формулах элементы связываются друг с другом, как отмечено выше, по числу единиц их сродства, или валентности. Комбинируя атомы различных химических элементов по их валентности, можно прогнозировать получение различных химических соединений в зависимости от исходных реагентов. Таким путем можно было управлять процессом синтеза различных веществ с заданными свойствами, а именно это и составляет важнейшую задачу химической науки.

Крупный шаг в эволюции понятия химической структуры связан с теорией химического строения А.М. Бутлерова (1828—1886), который хотя и признавал, что образование новых молекул из атомов происходит за счет их химического сродства, но обращал особое внимание на степень напряжения или энергии, с которой они связываются друг с другом. Именно поэтому новые идеи Бутлерова в свое время не только нашли широкое применение в практике химического синтеза, но и получили прочное обоснование в современной квантовой химии.

Этот краткий экскурс в историю химии показывает, что эволюция понятия химической структуры осуществлялась в направлении, с одной стороны, анализа ее составных частей или элементов, а с другой — установления характера физико-химического их взаимодействия. Последнее особенно важно для ясного понимания структуры с точки зрения системного подхода, где под структурой подразумевают упорядоченную связь и взаимодействие элементов системы, благодаря которым и возникают новые системные ее свойства. В такой химической системе, как молекула, именно специфический характер взаимодействия составляющих ее атомов или ионов определяет свойства молекулы.

11.4. Химические процессы и условия их протекания

Способность к взаимодействию различных химических реагентов определяется не только их атомно-молекулярной структурой, но и условиями протекания химических реакций. В практике химического эксперимента эти условия интуитивно осознавались и эмпирически

учитывались, но теоретически по-настоящему не исследовались. Между тем от них в значительной степени зависит выход получаемого продукта реакции.

К этим условиям относятся прежде всего термодинамические условия, характеризующие зависимость реакций от температуры, давления и некоторых других факторов. В еще большей степени характер и осо бенно скорость реакций зависят от кинетических условий, которые определяются наличием катализаторов и других добавок к реагентам, а также влиянием растворителей, стенок реактора и иных условий.

Термодинамическими факторами, которые оказывают существенное влияние на скорость химических реакций, являются температура и давление в реакторе. Хотя для завершения любой реакции требуется определенное время, но одни реакции могут протекать очень быстро, другие — чрезвычайно медленно. Так, реакция образования осадка хлорида серебра при смешивании растворов, содержащих ионы серебра и хлора, занимает несколько секунд. А смесь водорода и кислорода в условиях комнатной температуры и нормального давления можно хранить годами, и никакой реакции при этом не произойдет. Но стоит пропустить через смесь электрическую искру, как произойдет взрыв. Этот пример свидетельствует о том, что на скорость протекания химических реакций влияет множество разнообразных условий: воздействие электричества, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, концентрации реагентов, их помешивание и даже присутствие других веществ, не участвующих в реакции.

При этом реакции в гомогенной системе, состоящей из одной фазы, протекают, как правило, быстрее, чем в гетерогенной системе, состоящей из нескольких фаз. Типичным примером гомогенной реакции является реакция естественного распада радиоактивного вещества, скорость которого пропорциональна концентрации вещества R. Эта скорость может быть выражена дифференциальным уравнением: —dR/dt = kR, где к — константа скорости реакции, a R — концентрация вещества. Такую реакцию называют реакцией первого порядка, а время, необходимое для того, чтобы исходное количество вещества уменьшилось наполовину, называют периодом полураспада.

Если реакция происходит в результате взаимодействия двух молекул, A и В, тогда ее скорость будет пропорциональна числу их столкновений. Установлено, что это число пропорционально концентрации молекул А и В. Тогда можно определить скорость реакции второго порядка в дифференциальной форме: —dA/dt = dB/dt = к[А][В].

Скорость в существенной степени зависит от температуры. Эмпирическими исследованиями установлено, что почти для всех химических

реакций скорость большинства из них при повышении температуры на 10 градусов возрастает приблизительно в два раза. Наблюдаются, однако, и отклонения от этого эмпирического правила, когда скорость может увеличиться только в 1,5 раза, и, наоборот, в отдельных случаях скорость реакции, например при денатурации яичного альбумина (при варке яиц), возрастает в 50 раз. Не следует, однако, забывать, что эти условия могут оказывать воздействие на характер и результат химических реакций при определенной структуре молекул химических соединений.

Наиболее активны в этом отношении соединения переменного состава с ослабленными связями между их компонентами. Именно на них и направлено в первую очередь действие разных катализаторов, которые значительно ускоряют ход химических реакций. Для сравнения можно привести реакцию синтеза аммиака из азота и водорода. Вначале его не удавалось осуществить ни с помощью большого давления, ни высокой температуры, и только использование в качестве катализатора специально обработанного железа впервые привело к успеху. Однако эта реакция сопряжена с большими технологическими трудностями, которые удалось преодолеть после того, как был использован металлорганичес-кий катализатор. В его присутствии синтез аммиака происходит при обычной температуре — 18°С — и нормальном атмосферном давлении, что открывает большие перспективы не только для производства удобрений, но и в будущем для такого изменения генной структуры злаков (ржи и пшеницы), при котором они не будут нуждаться в азотных удобрениях. Еще большие возможности и перспективы возникают с использованием катализаторов в других отраслях химической промышленности, в особенности в «тонком» и «тяжелом» органическом синтезе.

Не приводя больше примеров о чрезвычайно высокой эффективности катализаторов в ускорении химических реакций, следует обратить особое внимание на то, что возникновение и эволюция жизни на Земле была бы невозможна без существования ферментов, служащих, по сути дела, живыми катализаторами.

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 наталкиваются на серьезные ограничения. 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.

11.5. Самоорганизация и эволюция химических систем

Тот факт, что катализ играл решающую роль в процессе перехода от химических систем к биологическим системам, т.е. на предбиотичес-кой стадии эволюции, в настоящее время подтверждается многими данными и аргументами. Наиболее убедительные результаты связаны с опытами по самоорганизации химических систем, которые наблюдали наши соотечественники Б.П. Белоусов и А.М. Жаботинский. Такие реакции сопровождаются образованием специфических пространственных и временных структур за счет поступления новых и удаления использованных химических реагентов. Однако в отличие от самоорганизации открытых физических систем в указанных химических реакциях важную роль играют каталитические процессы.

Роль этих процессов усиливается по мере усложнения состава и структуры химических систем. На этом основании некоторые ученые, например А.П. Руденко, напрямую связывают химическую эволюцию с самоорганизацией и саморазвитием каталитических систем. Другими словами, такая эволюция если не целиком, то в значительной мере связана с процессами самоорганизации каталитических систем. Следует, однако, помнить, что переход даже к простейшим формам жизни предполагает также особый дифференцированный отбор лишь таких химических элементов и их соединений, которые являются основным строительным материалом для образования биологических систем. В связи с этим достаточно отметить, что из более ста химических элементов лишь шесть, названных органогенами, служат основой для построения живых систем.

Такими органогенами являются углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Они составляют примерно 98% весовой доли живых организмов. Аналогично этому, из миллионов органических соединений в их построении принимают участие лишь несколько сотен органических соединений, а из ста аминокислот в состав белков входит только 20.

Все это свидетельствует о том, что в ходе предбиотической эволюции происходит отбор тех органических структур, которые отличаются особой активностью и своим содействием усилению каталитических систем. Ключевую роль таких биокатализаторов, как ферменты, отмечали многие выдающиеся химики и биологи XIX—XX вв. Однако если химики склонны были рассматривать ферменты как обычные катализаторы, то биологи вслед за Л. Пастером (1822—1895) подчеркивали их специфическую природу. В настоящее время такое противопоставление преодолено и установлено, что единые физические и химические законы управляют процессами развития в природе. Одна-

ко в живой природе мы встречаемся с весьма сложными процессами эволюции, связанными с упорядочением и самоорганизацией систем. В сущности, как мы убедимся в дальнейшем, подлинная самоорганизация, основанная на самообновлении, усовершенствовании и усложнении систем, встречается именно в живой природе.

Решающую роль на предбиотической стадии эволюции, т.е. при переходе от химической эволюции к биологической, сыграли каталитические системы, которые в значительной степени ускорили процессы химических реакций. Наряду с другими формами катализа особое значение здесь приобрело явление автокатализа, которое основано на использовании продуктов реакции как катализаторов для ускорения реагирования вновь поступающих веществ. Поэтому многие исследователи не без оснований считают важнейшим условием перехода от химической формы движения материи к жизни эволюцию каталитических систем. Так, упоминавшийся выше проф. МГУ А.П. Руденко рассматривает химическую эволюцию как процесс саморазвития и самоорганизации открытых каталитических систем. Такие системы являются открытыми, поскольку их функционирование основано на постоянном притоке новой энергии и выводе готовых продуктов. Основным источником энергии является базисная химическая реакция, которая служит для совершения полезной работы, направленной против равновесия, а также самоорганизации каталитических систем. В конкуренции этих систем преимущество получает та из них, которая развивается на основе реакции с большим выделением тепла. С наибольшей вероятностью и скоростью реализуются при этом наиболее прогрессивные пути развития каталитических систем, связанные с максимальным ростом их активности. Благодаря возникновению автокатализа происходит самоускорение базисной реакции, которое на определенном этапе будет сдерживаться постоянным уровнем температуры в системе. Возникает первый кинетический предел, который преодолевается за счет превращения отдельных каталитических центров, которые раньше осуществляли один цикл, в центр функциональных циклов.

В дальнейшем развитии предбиотической стадии скорость реакции может сдерживаться концентрацией реагирующих веществ, и тогда появится второй кинетический предел. Этот предел преодолевается пространственным дублированием сложных каталитических систем, их разъединением и дальнейшим самостоятельным существованием. Самовоспроизведение и дубликация системы означают уже переход от химической эволюции к биологической. С появлением второго кинетического предела, таким образом,

кончается химическая эволюция и начинается новая, биологическая эволюция.

Следует, однако, отметить, что в изложенной концепции А.П. Ру-денко главное внимание обращается на эволюцию каталитических систем. Но предбиотическая эволюция не могла осуществиться без отбора тех химических элементов и их соединений, которые сыграли решающую роль в самоорганизации процессов вместе с каталитическими системами, являющимися необходимым условием их возникновения и значительно ускорившими эволюционные процессы.

Основные понятия и вопросы

 

Автокатализ	Каталитическая система
Атом	Простое вещество
Атомный вес (масса)	Самоорганизация в химии
Атомный номер элемента	Скорость реакции
Закон постоянства состава	Сложное вещество (соединение)
Изотоп	Структурные формулы
Катализ	Химический элемент

1. Что изучает химия и какие основные методы она использует?

2. Что называется простым и сложным веществом?

3. Какая связь существует между атомным весом и зарядом ядра атома?

4. Что называют химическим элементом?

5. Какие основные уровни химических структур?

6. Что лежит в основе деления веществ на соединения постоянного и переменного состава?

7. От чего зависит динамика химических процессов?

8. Какие вещества называют катализаторами?

9. Какую роль играет катализ в эволюции химических систем?

 

10. Что называют автокатализом?

11. Что служит катализатором в живых системах?

12. Как происходит самоорганизация химических систем?

13. Какой опыт может извлечь химия из изучения живых систем?

14. Какие элементы называются органелами?

15. Как связана химическая эволюция с катализом?

16. Чем отличаются ферменты от химических катализаторов?

Литература

Основная:

Кузнецов В.И. Общая химия. Тенденция развития. М., 1989.

Печенкин А.А. Взаимодействие физики и химии (философский анализ). М.,

1986. Полинг Л. Общая химия. М., 1964. Философия науки. Современные философские проблемы областей научного

знания. М., 2005.

Дополнительная:

Браун Т., Лемей Т. Химия — в центре наук. М., 1983. Т. 1—2.

Философия: энциклопедический словарь/ Под ред. А.А. Ивина. М., 2004.

Глава 12