Слово “химия” имеет несколько значений. Химией называют одну из наук, а также учебный предмет в школе, университете. Иногда это слово употребляют как сокращенное название промышленности.
Химия – естественная наука. На уроках природоведения вы узнали, что существует несколько наук о природе. Среди них есть и химия.
Химия – наука про вещества и их превращения.
В разные времена ученые проводили много экспериментов с веществами и пытались понять явления, которые наблюдали. Вони выдвигали разные гипотезы, создавали теории, которые они наблюдали во время новых опытов.
Теперь, изучая вещества – как естественные, так и добытые в лабораториях, – химики определяют их состав и внутреннее строение, исследуют свойства, предлагают сферы их использования. Благодаря достижениям ученых развиваются промышленность, техника, медицина, растет уровень жизни людей.
Вещества и их превращения в окружающем мире
Вещества есть повсюду – в воздухе, природной воде, грунте, живых организмах (рис.1). Они распространены не только на Земле, но и на других планетах.
Рис.1. Вещества и их смеси в природе
В природе каждое мгновение происходят превращения веществ. Так, живые существа при дыхании употребляют часть кислорода, что есть в воздухе, а выдыхают воздух с повышенным содержанием углекислого газа. Этот газ выделяется также при пожарах, гниении и разложении частиц растений, животных. Зеленые листья поглощают углекислый газ и воду, которые превращаются в растениях в органические вещества и кислород, который поступает в атмосферу. В недрах планеты на протяжении миллионов лет образовывались различные минералы, нефть, природные газ, уголь. Неисчислимое количество процессов происходит в реках, морях и океанах.
Человек каждый день совершает превращения веществ, даже не догадываясь об этом.
Мыло, которым мы моем руки, при растворении превращается в вещества, которые проявляют моющее действие. Зубная паста нейтрализует остатки кислот во рту. При приготовлении еды из одних веществ образуются другие, с новым вкусом, цветом, запахом. Пищевая сода, которая добавлена к муке, при нагревании выделяет углекислый газ, который распушает тесто. Уксусом можно удалить накипь в чайнике, а соком лимона – вывести некоторые пятна на одежде. Эти и другие явления объясняет наука химия.
Химия и другие науки
Все естественные науки связаны между собой (схема 1), влияют друг на друга и взаимно обогащаются. Изолированное развитие каждой из них невозможно.
Схема 1
Связь химии с другими естественными науками
Превращение одних веществ в другие сопровождаются различными физическими явлениями, например выделением или поглощением теплоты. Поэтому химикам необходимо хорошо знать физику. Ученый-биолог, не знакомый с законами химии, не сможет понять превращения веществ, которые происходят в живых организмах. Химические знания необходимы и геологу. Применяя их, он успешно будет проводить поиск полезных ископаемых. Врач, фармацевт, косметолог, металлург, кулинар, люди многих других профессий не достигнут высокого мастерства, если не будут иметь соответствующей химической подготовки.
Химия – точная наука. Прежде чем провести химический эксперимент и после его завершения ученый-химик проводит необходимые расчеты. Их результаты дают возможность делать правильные выводы. Значит, деятельность химика невозможна без знания математики.
За последние полтора века появилось много новых наук, которые стремительно развиваются. Среди них – родственные с химией физическая химия, биохимия, геохимия, агрохимия, космохимия, экологическая химия.
Тысячелетиями люди жили в гармонии с природой. Но в последнее время ситуация ухудшилась. Окружающая среда все больше загрязняется производственными и бытовыми отходами. Внесение на поля чрезмерного количества удобрений, попадание выхлопных газов из двигателей автомобилей в воздух, вредных веществ с производств в водоемы и грунт приводят к уничтожению растений, гибели животных, ухудшения здоровья людей. Серьёзную угрозу для всего живого составляет химическое оружие – особые, чрезвычайно ядовитые вещества. Уничтожение запасов такого оружия требует немалых усилий, денег и времени. В преодолении всех этих проблем участвуют химики.
Взаимоотношения человека и природы изучает наука экология. Главное задание ученых-экологов – защита окружающей среды от загрязнения. Сохранение природы зависит и от бережного отношения к ней каждого человека, понимания процессов, которые происходят при попадании разных веществ в окружающую среду.
Химическая промышленность
На химических заводах совершают переработку различного природного сырья и добывают много веществ. Продукты химических производств необходимы людям для обеспечения надлежащего уровня жизни (схема 2).
Схема 2
Достижения химии – человеку
Еще в середине XVIIІ ст., в период становления науки химии, выдающийся российский ученый Михаил Ломоносов писал: “Широко простирает химия руки свои в дела человеческие… Куда не глянем, везде становятся перед глазами нашими успехи ее старательности”. В наше время слова ученого приобрели особенную актуальность.
Химия – учебный предмет
Химия, как и физика и математика, является фундаментальной наукой. Поэтому предмет “химия” – неотъемлемая составляющая образования (рис. 2).
Рис. 2. Эксперимент в учебной химической лаборатории.
Химические знания необходимы для понимания процессов, которые происходят с веществами в окружающей природе, недрах планеты, живых организмах. Недостаток этих знаний может привести к негативным последствиям при использовании веществ.
Выводы:
- Химия – наука про вещества и их превращения, одна из естественных наук. Она находится в тесных связях с физикой, биологией, математикой. Химией также называют учебный предмет.
- Вклад химической науки в развитие цивилизации постоянно растет. Достижения ученых-химиков внедряют в промышленность, технику, медицину.
- Одним из самых важных заданий человечества является сохранение природы, предотвращение ее загрязнения. Успешно выполнять его помогают химические знания.
Как возникла и развивалась наука химия
Химия – давняя и одновременно молодая наука. Правильные представления про состав веществ, их внутреннее строение и превращения сложились только в последние полтора-два столетия.
Зарождение науки химии. Люди с давних времен несознательно совершали многочисленные превращения веществ. Научившись добывать огонь, они сжигали древесину для обогрева жилья, приготовления еды. Изготовляя вино, человек использовал процесс брожения, благодаря которому виноградный сахар превращался в спирт. На подобном процессе основано пивоварение. Позже были изобретены способы получения металлов из руд, создано производство стекла, фарфора, бумаги, пороха, кирпичей.
Исследователи считают, что химия как ремесло возникла задолго до начала нашей эры в Древнем Египте (рис. 3). Слово “химия” связывают с первым названием этой страны – Кемет. В Египте развивались металлургия, керамическое производство, парфюмерия, покраска тканей, изготовление лекарств. Многие тайны, связанные с превращением веществ, знали только жрецы.
Рис. 3
Химические ремесла в Древнем Египте:
- а – стеклодувы;
- б – произведение гончаров;
- в – бальзамирование;
- г – добывание металлов.
Над внутренним строением веществ раздумывали древнегреческие философы. Они утверждали, что вещества состоят из мельчайших и неделимых частиц – атомов. Но довести это в те времена было невозможно.
В древних арабских странах химию называли алхимией (“ал” – широко употребляемый арабский префикс). Там начали развиваться родственные с этой наукой минералогия, аптечное дело, а также разнообразные производства – ростки современной химической технологии.
В средневековье алхимия распространилась в Европу. Немало произведений арабских и греческих ученых, философов было переведено на латынь. Пытаясь добыть “философский камень”, который превращал бы любой металл в золото, предотвращал старение человека, оберегал его от болезней, алхимики проводили множество опытов (рис. 4).
Рис. 4. Эксперименты европейских алхимиков.
Они добыли много веществ, разрабатывали разделение и очищение, изучали свойства. Им принадлежат многие, часто случайные, открытия. Алхимики также изготовляли различные виды лабораторной посуды и оборудования.
Каждая наука становится настоящей, когда открывают её законы, а на основании добытых знаний создают теории. Первые теории превращений веществ возникли в Европе во второй половине XVII ст., но оказались ошибочными. В XVIII ст. открыли закон сохранения массы веществ во время химической реакции (см. 
21). Это дало толчок стремительному развитию науки химии.
Современная химия
Теперь химия имеет крепкий теоретический фундамент. Опираясь на него, ученые прогнозируют существование еще неизвестных веществ со свойствами, необходимыми для применения на практике, и успешно совершают их добывание.
Благодаря новым веществам, которые выдерживают высокие температуры, глубокий вакуум, имеют уникальные свойства, люди научились использовать атомную энергию, создали компьютер, совершенствуют средства связи, исследуют планеты и космические пространство. Растет применение полимерных материалов вместо древесины, стекла, металлов. Ученые создают медицинские препараты, которые помогают победить болезни.
Ученые не только изучают вещества и их превращения, но и обнаруживают причины и закономерности этих явлений, исследуют их зависимость от температуры, давления, других факторов. Они оптимизируют методы переработки природного сырья – нефти, угля, природного газа, металлических руд, чтобы добывать максимальное количество нужных веществ с наименьшими потерями.
Химики работают в хорошо оснащенных лабораториях (рис. 5). Возможности современной химии неограниченны.
Рис. 5. Химическая лаборатория.
За самые выдающиеся достижения в химии каждый год одному или нескольким ученым присуждают престижную награду – Нобелевскую премию.
Много наших соотечественников выбрали жизненный путь, связанный с химической наукой. Они работают в университетах, научно-исследовательских институтах Национальной академии наук, отраслевых лабораториях.
Отечественные химики обогатили теоретическую и экспериментальную химию, добыли десятки тысяч новых веществ, разработали сотни методов химического анализа веществ, изобрели много материалов с полезными свойствами. Результаты их деятельности успешно внедряются в разные сферы деятельности людей.
Выводы:
- Становление химии происходило на протяжении нескольких тысяч лет.
- Химии как фундаментальной науке положило начало открытие закона сохранения массы веществ во время их превращений.
- Современная химическая наука имеет крепкое теоретическое основание и широкие возможности для исследований. Ученые-химики добывают много веществ и изучают их свойства с целью эффективного использования на практике.