Η σχέση της χημείας με άλλες φυσικές επιστήμες. Ενότητα και διασύνδεση φυσικών και ανθρωπιστικών επιστημών (πολιτισμοί)

Σύστημα γνώσης των φυσικών επιστημών

Φυσικές Επιστήμεςείναι ένα από τα συστατικά του συστήματος της σύγχρονης επιστημονικής γνώσης, το οποίο περιλαμβάνει επίσης συγκροτήματα τεχνικών και κλασσικές μελέτες. Η φυσική επιστήμη είναι ένα εξελισσόμενο σύστημα διατεταγμένων πληροφοριών σχετικά με τους νόμους της κίνησης της ύλης.

Αντικείμενα έρευνας είναι επιμέρους φυσικές επιστήμες, το σύνολο των οποίων στις αρχές του 20ου αιώνα. ονομάστηκε φυσική ιστορία, από την εποχή της ίδρυσής τους μέχρι σήμερα υπήρχαν και παραμένουν: ύλη, ζωή, άνθρωπος, Γη, Σύμπαν. Κατά συνέπεια, οι σύγχρονες φυσικές επιστήμες ομαδοποιούν τις βασικές φυσικές επιστήμες ως εξής:

• φυσική, χημεία, φυσική χημεία.
• βιολογία, βοτανική, ζωολογία;
• ανατομία, φυσιολογία, γενετική (η μελέτη της κληρονομικότητας).
• γεωλογία, ορυκτολογία, παλαιοντολογία, μετεωρολογία, φυσική γεωγραφία.
• αστρονομία, κοσμολογία, αστροφυσική, αστροχημεία.

Φυσικά, μόνο τα κύρια φυσικά παρατίθενται εδώ, αλλά στην πραγματικότητα σύγχρονη φυσική επιστήμηείναι ένα σύνθετο και διακλαδισμένο συγκρότημα που περιλαμβάνει εκατοντάδες επιστημονικούς κλάδους. Η φυσική από μόνη της ενώνει μια ολόκληρη οικογένεια επιστημών (μηχανική, θερμοδυναμική, οπτική, ηλεκτροδυναμική κ.λπ.). Καθώς ο όγκος της επιστημονικής γνώσης μεγάλωνε, ορισμένοι κλάδοι της επιστήμης απέκτησαν το καθεστώς των επιστημονικών κλάδων με τη δική τους εννοιολογική συσκευή και συγκεκριμένες ερευνητικές μεθόδους, γεγονός που συχνά καθιστά δύσκολη την πρόσβαση σε αυτούς για ειδικούς που ασχολούνται με άλλους κλάδους της ίδιας, ας πούμε, της φυσικής.

Μια τέτοια διαφοροποίηση στις φυσικές επιστήμες (όπως, στην πραγματικότητα, στην επιστήμη γενικά) είναι μια φυσική και αναπόφευκτη συνέπεια της ολοένα και στενότερης εξειδίκευσης.

Ταυτόχρονα, οι αντίθετες διαδικασίες συμβαίνουν επίσης φυσικά στην ανάπτυξη της επιστήμης, ειδικότερα, οι κλάδοι των φυσικών επιστημών σχηματίζονται και σχηματίζονται, όπως λένε συχνά, «στις τομές» των επιστημών: χημική φυσική, βιοχημεία, βιοφυσική, βιογεωχημεία και πολλά οι υπολοιποι. Ως αποτέλεσμα, τα όρια που κάποτε ορίζονταν μεταξύ των επιμέρους επιστημονικών κλάδων και των τμημάτων τους γίνονται πολύ υπό όρους, ευέλικτα και, θα έλεγε κανείς, διαφανή.

Αυτές οι διαδικασίες, που οδηγούν, αφενός, σε περαιτέρω αύξηση του αριθμού των επιστημονικών κλάδων, αλλά αφετέρου, στη σύγκλιση και αλληλοδιείσδυσή τους, αποτελούν ένα από τα στοιχεία της ολοκλήρωσης των φυσικών επιστημών, αντανακλώντας τη γενική τάση σύγχρονη επιστήμη.

Εδώ, ίσως, είναι σκόπιμο να στραφούμε σε αυτό, το οποίο αναμφίβολα κατέχει μια ιδιαίτερη θέση επιστημονική πειθαρχία, ως μαθηματικά, που είναι εργαλείο έρευνας και καθολική γλώσσα όχι μόνο των φυσικών επιστημών, αλλά και πολλών άλλων - εκείνων στις οποίες μπορούν να διακριθούν ποσοτικά πρότυπα.

Ανάλογα με τις μεθόδους στις οποίες βασίζεται η έρευνα, μπορούμε να μιλήσουμε για φυσικές επιστήμες:

• περιγραφική (εξέταση στοιχείων και συνδέσεων μεταξύ τους)·
• ακριβής (κτίριο μαθηματικά μοντέλανα εκφράσει καθιερωμένα γεγονότα και συνδέσεις, δηλαδή πρότυπα).
• εφαρμοστεί (χρησιμοποιώντας συστηματικές και μοντέλα περιγραφικών και ακριβών φυσικών επιστημών για να κυριαρχήσει και να μεταμορφώσει τη φύση).

Ωστόσο, το κοινό γενικό χαρακτηριστικό όλων των επιστημών που μελετούν τη φύση και την τεχνολογία είναι η συνειδητή δραστηριότητα επαγγελματίες εργαζόμενουςεπιστήμη που στοχεύει στην περιγραφή, εξήγηση και πρόβλεψη της συμπεριφοράς των υπό μελέτη αντικειμένων και της φύσης των φαινομένων που μελετώνται. Οι ανθρωπιστικές επιστήμες διαφέρουν στο ότι η εξήγηση και η πρόβλεψη των φαινομένων (γεγονότων) βασίζεται, κατά κανόνα, όχι σε μια εξήγηση, αλλά στην κατανόηση της πραγματικότητας.

Αυτή είναι η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ των επιστημών που έχουν αντικείμενα έρευνας που επιτρέπουν συστηματική παρατήρηση, επαναλαμβανόμενες πειραματικές δοκιμές και αναπαραγώγιμα πειράματα, και των επιστημών που μελετούν ουσιαστικά μοναδικές, μη επαναλαμβανόμενες καταστάσεις που, κατά κανόνα, δεν επιτρέπουν την ακριβή επανάληψη ενός πειράματος, ή πραγματοποιώντας ένα συγκεκριμένο πείραμα περισσότερες από μία φορές.

Ο σύγχρονος πολιτισμός προσπαθεί να ξεπεράσει τη διαφοροποίηση της γνώσης σε πολλές ανεξάρτητες κατευθύνσεις και κλάδους, κυρίως τη διάσπαση μεταξύ των φυσικών και των ανθρωπίνων επιστημών, που ήταν ξεκάθαρα εμφανής στην τέλη XIX V. Εξάλλου, ο κόσμος είναι ένας σε όλη την άπειρη ποικιλομορφία του, επομένως σχετικά ανεξάρτητες περιοχές ενός ενιαίου συστήματος ανθρώπινης γνώσης είναι οργανικά διασυνδεδεμένες. η διαφορά εδώ είναι παροδική, η ενότητα είναι απόλυτη.

Στις μέρες μας έχει εμφανιστεί ξεκάθαρα η ενσωμάτωση της γνώσης των φυσικών επιστημών, η οποία εκδηλώνεται με πολλές μορφές και γίνεται η πιο έντονη τάση στην ανάπτυξή της. Αυτή η τάση εκδηλώνεται όλο και περισσότερο στην αλληλεπίδραση των φυσικών επιστημών με τις ανθρωπιστικές επιστήμες. Απόδειξη αυτού είναι η προώθηση στο προσκήνιο της σύγχρονης επιστήμης των αρχών της συστηματικότητας, της αυτοοργάνωσης και της παγκόσμιας εξελικτικότητας, που ανοίγουν τη δυνατότητα συνδυασμού μιας μεγάλης ποικιλίας επιστημονικής γνώσης σε ένα ολοκληρωμένο και συνεπές σύστημα, ενωμένο από τους γενικούς νόμους. της εξέλιξης αντικειμένων διαφόρων φύσεων.

Υπάρχει κάθε λόγος να πιστεύουμε ότι παρακολουθούμε μια αυξανόμενη προσέγγιση και αμοιβαία ολοκλήρωση των φυσικών και ανθρωπιστικών επιστημών. Αυτό επιβεβαιώνεται από την ευρεία χρήση στην ανθρωπιστική έρευνα όχι μόνο τεχνικών μέσων και Τεχνολογίες πληροφορικής, που χρησιμοποιούνται στις φυσικές και τεχνικές επιστήμες, αλλά και γενικές μεθόδους επιστημονικής έρευνας που αναπτύχθηκαν στη διαδικασία ανάπτυξης της φυσικής επιστήμης.

Αντικείμενο του μαθήματος είναι έννοιες που σχετίζονται με τις μορφές ύπαρξης και κίνησης της ζωντανής και άψυχης ύλης, ενώ οι νόμοι που καθορίζουν την πορεία των κοινωνικών φαινομένων αποτελούν αντικείμενο των ανθρωπιστικών επιστημών. Θα πρέπει, ωστόσο, να ληφθεί υπόψη ότι, όσο διαφορετικές και αν είναι οι φυσικές και οι ανθρωπιστικές επιστήμες μεταξύ τους, έχουν μια γενική ενότητα, που είναι η λογική της επιστήμης. Είναι η υποταγή αυτής της λογικής που κάνει την επιστήμη μια σφαίρα ανθρώπινης δραστηριότητας με στόχο τον εντοπισμό και τη θεωρητική συστηματοποίηση της αντικειμενικής γνώσης για την πραγματικότητα.

Η φυσική επιστημονική εικόνα του κόσμου δημιουργείται και τροποποιείται από επιστήμονες διαφορετικές εθνικότητες, μεταξύ των οποίων είναι πεπεισμένοι άθεοι και πιστοί διαφόρων θρησκειών και δογμάτων. Ωστόσο, σε αυτό επαγγελματική δραστηριότηταόλα προέρχονται από το γεγονός ότι ο κόσμος είναι υλικός, δηλαδή υπάρχει αντικειμενικά ανεξάρτητα από τους ανθρώπους που τον μελετούν. Σημειώστε, ωστόσο, ότι η ίδια η διαδικασία της γνώσης μπορεί να επηρεάσει τα αντικείμενα που μελετώνται. υλικό κόσμοκαι για το πώς τα φαντάζεται ένα άτομο, ανάλογα με το επίπεδο ανάπτυξης των ερευνητικών εργαλείων. Επιπλέον, κάθε επιστήμονας προέρχεται από το γεγονός ότι ο κόσμος είναι βασικά γνωστός.

Η διαδικασία της επιστημονικής γνώσης είναι η αναζήτηση της αλήθειας. Ωστόσο, η απόλυτη αλήθεια στην επιστήμη είναι ακατανόητη και με κάθε βήμα στο μονοπάτι της γνώσης προχωρά όλο και πιο βαθιά. Έτσι, σε κάθε στάδιο της γνώσης, οι επιστήμονες καθιερώνουν τη σχετική αλήθεια, κατανοώντας ότι στο επόμενο στάδιο θα επιτευχθεί πιο ακριβής γνώση, πιο κατάλληλη για την πραγματικότητα. Και αυτό είναι άλλη μια απόδειξη ότι η διαδικασία της γνώσης είναι αντικειμενική και ανεξάντλητη.

Ένα από τα πρότυπα ανάπτυξης της φυσικής επιστήμης είναι η αλληλεπίδραση των φυσικών επιστημών, η διασύνδεση όλων των κλάδων της φυσικής επιστήμης. Η επιστήμη, λοιπόν, είναι ένα ενιαίο σύνολο.

Οι κύριοι τρόποι αλληλεπίδρασης είναι οι εξής:

Η μελέτη ενός θέματος ταυτόχρονα από πολλές επιστήμες (για παράδειγμα, η μελέτη του ανθρώπου).

Η χρήση από μια επιστήμη της γνώσης που αποκτάται από άλλες επιστήμες, για παράδειγμα, τα επιτεύγματα της φυσικής σχετίζονται στενά με την ανάπτυξη της αστρονομίας, της χημείας, της ορυκτολογίας, των μαθηματικών και χρησιμοποιούν τη γνώση που αποκτάται από αυτές τις επιστήμες.

Χρησιμοποιώντας τις μεθόδους μιας επιστήμης για τη μελέτη αντικειμένων και διαδικασιών μιας άλλης. Μια καθαρά φυσική μέθοδος - η μέθοδος των "επισημασμένων ατόμων" - χρησιμοποιείται ευρέως στη βιολογία, τη βοτανική, την ιατρική κ.λπ. Ηλεκτρονικό μικροσκόπιοΧρησιμοποιείται όχι μόνο στη φυσική: είναι επίσης απαραίτητο για τη μελέτη των ιών. Το φαινόμενο του παραμαγνητικού συντονισμού χρησιμοποιείται σε πολλούς κλάδους της επιστήμης. Σε πολλά ζωντανά αντικείμενα, η φύση περιέχει καθαρά φυσικά εργαλεία, για παράδειγμα, ένας κροταλίας έχει ένα όργανο ικανό να αντιλαμβάνεται την υπέρυθρη ακτινοβολία και να ανιχνεύει αλλαγές θερμοκρασίας του χιλιοστού του βαθμού. η νυχτερίδα έχει έναν εντοπιστή υπερήχων, που της επιτρέπει να πλοηγείται στο διάστημα και να μην προσκρούει στα τοιχώματα των σπηλαίων όπου συνήθως ζει κ.λπ.

Αλληλεπίδραση μέσω τεχνολογίας και παραγωγής, που πραγματοποιείται όπου χρησιμοποιούνται δεδομένα από διάφορες επιστήμες, για παράδειγμα, στη μηχανική οργάνων, τη ναυπηγική, το διάστημα, τον αυτοματισμό, τη στρατιωτική βιομηχανία κ.λπ.

Αλληλεπίδραση μέσω της μάθησης γενικές ιδιότητες διάφοροι τύποιύλη, ένα εντυπωσιακό παράδειγμα της οποίας είναι η κυβερνητική - η επιστήμη του ελέγχου σε πολύπλοκο δυναμικά συστήματαοποιασδήποτε φύσης (τεχνική, βιολογική, οικονομική, κοινωνική, διοικητική κ.λπ.), χρησιμοποιώντας ανατροφοδότηση. Η διαδικασία διαχείρισης σε αυτά πραγματοποιείται σύμφωνα με την ανατεθείσα εργασία και λαμβάνει χώρα μέχρι να επιτευχθεί ο στόχος της διαχείρισης.

Στη διαδικασία ανάπτυξης της ανθρώπινης γνώσης, η επιστήμη διαφοροποιείται όλο και περισσότερο σε ξεχωριστούς κλάδους που μελετούν συγκεκριμένα ζητήματα της πολύπλευρης πραγματικότητας. Από την άλλη πλευρά, η επιστήμη αναπτύσσει μια ενοποιημένη εικόνα του κόσμου, αντανακλώντας τα γενικά πρότυπα ανάπτυξής του, η οποία οδηγεί σε μια ευρύτερη σύνθεση των επιστημών, δηλ. ολοένα και πιο εις βάθος γνώση της φύσης. Η ενότητα του κόσμου βασίζεται στην ενότητα των επιστημών, προς την οποία η ανάπτυξη της γνώσης κατευθύνεται τελικά σε κάθε μεμονωμένη στροφή της ανθρώπινης γνώσης. Η πορεία προς την ενότητα των επιστημών βρίσκεται μέσα από την ενοποίηση των επιμέρους κλάδων της, η οποία περιλαμβάνει την ενοποίηση διαφόρων θεωριών και μεθόδων έρευνας. Έτσι, στη διαδικασία της ανάπτυξης σύγχρονες επιστήμεςΟι διαδικασίες διαφοροποίησης είναι συνυφασμένες με διαδικασίες ολοκλήρωσης των επιστημών: η φυσική χωρίζεται σε μηχανική και αυτή με τη σειρά της σε κινηματική, δυναμική και στατική. μοριακή, ατομική, πυρηνική φυσική, θερμοδυναμική, ηλεκτρισμός, μαγνητισμός, οπτική κ.λπ. Τα ιατρικά ιδρύματα εκπαιδεύουν γιατρούς διαφόρων ειδικοτήτων: θεραπευτές, χειρουργούς, ψυχιάτρους, καρδιολόγους, οφθαλμίατρους, ουρολόγους κ.λπ. – το φάσμα των ειδικοτήτων είναι πολύ ευρύ, αλλά κάθε πτυχιούχος ιατρικό ινστιτούτο- γιατρός.

Η διαφοροποίηση της επιστημονικής γνώσης σε ξεχωριστούς τομείς μας ενθαρρύνει να εντοπίσουμε τις απαραίτητες συνδέσεις μεταξύ τους. Πολλές επιστήμες των συνόρων αναδύονται, για παράδειγμα, στα σύνορα μεταξύ φυσικής και χημείας, έχουν προκύψει νέοι κλάδοι της επιστήμης: φυσική χημεία και χημική φυσική (υπάρχουν ινστιτούτα στη Μόσχα στη Ρωσική Ακαδημία Επιστημών (RAS) φυσική χημείακαι χημική φυσική)· στα σύνορα μεταξύ βιολογίας και χημείας - βιοχημεία. βιολογία και φυσική – βιοφυσική. Λόγω της ενότητας της επιστήμης, η ενσωμάτωση των αρχών σε έναν από τους τομείς της συνδέεται αναγκαστικά με την ενσωμάτωση σε έναν άλλο. Συνοψίζοντας τα παραπάνω, μπορούμε να αναφέρουμε το γεγονός ότι η διαφοροποίηση και η ολοκλήρωση της φυσικής επιστήμης είναι μια ελλιπής, ανοιχτή διαδικασία. Η φυσική επιστήμη δεν είναι ένα κλειστό σύστημα και το ζήτημα της ουσίας της φυσικής επιστήμης γίνεται πιο ξεκάθαρο με κάθε νέα ανακάλυψη.

Σύμφωνα με τη γενική θεωρία συστημάτων (GTS), το πιο σημαντικό ακίνητοσυστήματα με σύνθετη δομή είναι η ιεραρχία τους (από το ελληνικό hierarchia - κλιμάκιο υποταγής), που χαρακτηρίζεται από την παρουσία υποταγής ή υποταγής των υποσυστημάτων του ή δομικά επίπεδα. Υπάρχει επίσης ιεραρχία στις φυσικές επιστήμες. Επισημάνθηκε για πρώτη φορά από τον Γάλλο φυσικό Αντρέ Αμπερέ (1775-1836), ο οποίος προσπάθησε να βρει την αρχή της φυσικής ταξινόμησης όλων των γνωστών στην εποχή του φυσικών επιστημών. Τοποθέτησε τη φυσική στην πρώτη θέση ως πιο θεμελιώδη επιστήμη.

Οι ιδέες για την υποταγή των φυσικών επιστημών συζητούνται ευρέως σήμερα. Στην περίπτωση αυτή, υπάρχουν δύο κατευθύνσεις στην επιστήμη: αναγωγισμός(από τη λατινική αναγωγή - επιστροφή), σύμφωνα με την οποία ό,τι «υψηλότερο» ανάγεται σε απλούστερο – «κατώτερο», δηλ. όλα τα βιολογικά φαινόμενα στα χημικά, και τα χημικά στα φυσικά, και ολοκλήρωσης(είναι το αντίστροφο).

Η διαφορά μεταξύ αναγωγισμού και ολοκλήρωσης βρίσκεται μόνο στην κατεύθυνση της σκέψης του επιστήμονα. Επιπλέον, η ιεραρχία των βασικών φυσικών επιστημών έχει κυκλικά κλειστό χαρακτήρα. Κυκλικότητα– αυτή είναι μια ιδιότητα εγγενής στην ίδια τη Φύση. Ας δώσουμε παραδείγματα: ο κύκλος των ουσιών στη Φύση, η αλλαγή της ημέρας και της νύχτας, η αλλαγή των εποχών, ένα φυτό, όταν πεθαίνει, αφήνει σπόρους στη Γη, από τους οποίους εμφανίζεται στη συνέχεια νέα ζωή. Επομένως, η φυσική επιστήμη, που έχει ένα μόνο αντικείμενο μελέτης - τη Φύση, που έχει αυτή την ιδιότητα, την έχει και αυτή.

Η ποιότητα της εκπαίδευσης των μηχανικών εξαρτάται σημαντικά από το επίπεδο της εκπαίδευσής τους στον τομέα των θεμελιωδών επιστημών: μαθηματικά, φυσική και χημεία. Ο ρόλος και η θέση της χημείας στο σύστημα των επιστημονικών κλάδων καθορίζεται από το γεγονός ότι στον τομέα της υλικής παραγωγής ένα άτομο πρέπει πάντα να ασχολείται με την ύλη.

Στην καθημερινή ζωή, παρατηρούμε ότι οι ουσίες υφίστανται διάφορες αλλαγές: ένα ατσάλινο αντικείμενο σκουριάζει σε υγρό αέρα. τα ξύλα στη σόμπα καίγονται, αφήνοντας μόνο ένα μικρό σωρό στάχτης. Η βενζίνη καίγεται σε έναν κινητήρα αυτοκινήτου, απελευθερώνοντας περίπου διακόσιες διαφορετικές ουσίες στο περιβάλλον, συμπεριλαμβανομένων τοξικών και καρκινογόνων. τα πεσμένα φύλλα των δέντρων σταδιακά αποσυντίθενται, μετατρέπονται σε χούμο κ.λπ.

Γνώση των ιδιοτήτων μιας ουσίας, της δομής, της χημικής φύσης των σωματιδίων της, των μηχανισμών της αλληλεπίδρασής τους, των πιθανών τρόπων μετατροπής μιας ουσίας σε άλλη - αυτά τα προβλήματα αποτελούν το αντικείμενο της χημείας.

Η χημεία είναι η επιστήμη των ουσιών και οι νόμοι των μετασχηματισμών τους.

Ως ένας από τους κλάδους της φυσικής επιστήμης, η χημεία σχετίζεται με άλλες φυσικές επιστήμες. Οι χημικές αλλαγές συνοδεύονται πάντα από φυσικές αλλαγές. Ευρεία εφαρμογή φυσικές μεθόδουςΗ έρευνα και η μαθηματική συσκευή στη χημεία την έφεραν πιο κοντά στη φυσική και τα μαθηματικά. Η χημεία σχετίζεται και με τη βιολογία, αφού οι βιολογικές διεργασίες συνοδεύονται από συνεχείς χημικούς μετασχηματισμούς. Χρησιμοποιούνται χημικές μέθοδοι για την επίλυση γεωλογικών προβλημάτων. Η σύνδεση μεταξύ των διαφόρων φυσικών επιστημών είναι πολύ στενή.

Μελετώντας χημικές μεθόδουςμια σειρά τεχνικών προβλημάτων συνδέει τη χημεία με τη μηχανική, τις τεχνικές και ειδικούς κλάδους που είναι απαραίτητοι για πρακτικές δραστηριότητεςμηχανικός Έτσι, η παραγωγή χάλυβα και άλλων κραμάτων, καθαρών μετάλλων και ημιαγωγών, η παραγωγή προϊόντων από αυτά και η περαιτέρω χρήση τους, η λειτουργία διαφόρων μηχανισμών στα αντίστοιχα αέρια και υγρά περιβάλλοντα - όλα αυτά απαιτούν ειδική χημική γνώση και ικανότητα εφαρμογής το στην πράξη.

Δεν υπάρχει σχεδόν καμία βιομηχανία που να μην περιλαμβάνει τη χρήση της χημείας. Η φύση μας δίνει πρώτες ύλες: ξύλο, μετάλλευμα, πετρέλαιο, αέριο κ.λπ. Υποβάλλοντας τα φυσικά υλικά σε χημική επεξεργασία, ένα άτομο λαμβάνει μια ποικιλία ουσιών που είναι απαραίτητες για τη γεωργία, τη βιομηχανία και την οικιακή χρήση: λιπάσματα, μέταλλα, πλαστικά, χρώματα, φάρμακα ουσίες, σαπούνι, σόδα κ.λπ. Η ανθρωπότητα χρειάζεται χημεία για να αποκτήσει όλα όσα χρειάζεται από φυσικές ουσίες - μέταλλα, τσιμέντο και σκυρόδεμα, κεραμικά, πορσελάνη και γυαλί, καουτσούκ, πλαστικά, τεχνητές ίνες, φαρμακευτικά προϊόντα. Για τη χημική επεξεργασία των φυσικών πρώτων υλών, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τους γενικούς νόμους του μετασχηματισμού των ουσιών και αυτή η γνώση παρέχεται από τη χημεία.

ΣΕ σύγχρονες συνθήκες, όταν έγινε σαφές ότι οι εφεδρείες πολλών φυσικοί πόροιπεριορίζεται και δεν αποκαθίσταται, όταν το φορτίο του περιβάλλοντος από τον άνθρωπο έχει γίνει τόσο μεγάλο και η ικανότητα της φύσης να αυτοκαθαρίζεται είναι περιορισμένη, μια σειρά από θεμελιωδώς νέα προβλήματα έρχονται στο προσκήνιο, η λύση των οποίων είναι αδύνατη χωρίς χημική γνώση. Αυτά περιλαμβάνουν κυρίως θέματα ασφάλειας περιβάλλονκαι συμμόρφωση με τις περιβαλλοντικές απαιτήσεις σε νέες τεχνολογικές διαδικασίες, δημιουργία κλειστών κύκλων παραγωγής και τεχνολογιών χωρίς απόβλητα, θεωρητική αιτιολόγηση και ανάπτυξη τεχνολογιών εξοικονόμησης ενέργειας και πόρων. Η εφαρμογή των απαιτήσεων για προϊόντα υψηλής ποιότητας και η αντοχή τους είναι αδιανόητη χωρίς να γίνει κατανοητό ότι ο έλεγχος της χημικής σύνθεσης είναι το πιο σημαντικό στάδιο του τεχνολογικού κύκλου. Η καταπολέμηση της διάβρωσης των υλικών και των προϊόντων που κατασκευάζονται από αυτά και οι νέες μέθοδοι επιφανειακής επεξεργασίας απαιτούν από τον μηχανικό να έχει βαθιά κατανόηση της ουσίας των χημικών διεργασιών.

Τα παραπάνω προβλήματα μπορούν να επιλυθούν από πλήρως ικανούς μηχανικούς, οι οποίοι, μαζί με άλλες εργασίες, μπορούν να κατανοήσουν και να πλοηγηθούν ανεξάρτητα ζητήματα χημικών.

Βασικές έννοιες της χημείας

Αντικείμενο μελέτης στη χημεία είναι τα χημικά στοιχεία και οι ενώσεις τους.

Ένα χημικό στοιχείο είναι ένας τύπος ατόμων με το ίδιο πυρηνικό φορτίο. Ένα άτομο είναι το μικρότερο σωματίδιο ενός στοιχείου που έχει τις χημικές του ιδιότητες.

Ένα μόριο είναι το μικρότερο σωματίδιο μιας μεμονωμένης ουσίας που μπορεί να υπάρχει ανεξάρτητη, έχει τις βασικές χημικές της ιδιότητες και αποτελείται από πανομοιότυπα ή διαφορετικά άτομα.

Εάν τα μόρια αποτελούνται από πανομοιότυπα άτομα, τότε η ουσία ονομάζεται απλή ή στοιχειώδης, για παράδειγμα He, Ar, H 2, O 2, S 4. Η απλή ύλη είναι μια μορφή ύπαρξης χημικό στοιχείοσε ελεύθερη κατάσταση. Εάν ένα μόριο μιας ουσίας αποτελείται από διαφορετικά άτομα, τότε η ουσία ονομάζεται σύμπλοκο (ή χημική ένωση), για παράδειγμα CO, H 2 O, H 3 PO 4.

Οι χημικές ιδιότητες μιας ουσίας χαρακτηρίζουν την ικανότητά της να συμμετέχει σε χημικές αντιδράσεις, δηλαδή στις διαδικασίες μετατροπής ορισμένων ουσιών σε άλλες.

Οι μάζες των ατόμων και των μορίων είναι πολύ μικρές. Για παράδειγμα, οι μάζες των μεμονωμένων ατόμων είναι 10 -24 - 10 -22 g Οι μάζες των ατόμων και των μορίων εκφράζονται είτε σε σχετικές μονάδες (μέσω της μάζας ενός συγκεκριμένου τύπου ατόμου) είτε σε μονάδες ατομικής μάζας (amu). .

1 amu είναι το 1/12 της μάζας ενός ατόμου του ισοτόπου άνθρακα C. 1π.μ.=1,66053*10 -24 γρ.

Η τιμή σχετικής ατομικής (A r) ή μοριακής μάζας (M r) δείχνει πόσες φορές η μάζα ενός ατόμου ή μορίου είναι μεγαλύτερη από το 1/12 της μάζας ενός ατόμου του ισοτόπου άνθρακα C (κλίμακα ατομικής μάζας άνθρακα). Τα A r και M r είναι αδιάστατα. Οι τιμές A r δίνονται στον περιοδικό πίνακα στοιχείων από το D.I. Ο Μεντελέεφ κάτω από το σύμβολο του στοιχείου. Αριθμητικά, το A r και το A (amu) συμπίπτουν. Γνωρίζοντας τη σχετική ατομική μάζα, μπορείτε εύκολα να βρείτε την ατομική μάζα εκφρασμένη σε γραμμάρια. Έτσι, η μάζα ενός ατόμου άνθρακα-12 σε g είναι ίση με: 12* 1,66053*10 -24 = 1,992636*10 -23 g . Η μάζα ενός μορίου είναι ίση με το άθροισμα των μαζών των ατόμων που αποτελούν τη σύνθεσή του.

Η ποσότητα της ουσίας (n;n) είναι ο αριθμός των δομικών μονάδων (άτομα, μόρια, ιόντα, ισοδύναμα, ηλεκτρόνια κ.λπ.) στο σύστημα. Η μονάδα μέτρησης για την ποσότητα μιας ουσίας είναι το mole. Mole είναι η ποσότητα μιας ουσίας που περιέχει τόσες συγκεκριμένες δομικές μονάδες όσα άτομα περιέχονται σε 12 g του ισοτόπου άνθρακα 12 C Ο αριθμός των δομικών μονάδων που περιέχονται σε 1 mol οποιασδήποτε ουσίας κατάσταση συνάθροισης, υπάρχει η σταθερά του Avogadro: N A= 6,02*10 23 mol -1.

Η ποσότητα μιας ουσίας (n) ισούται με τον λόγο του αριθμού των δομικών μονάδων (άτομα, μόρια, ιόντα, ισοδύναμα, ηλεκτρόνια κ.λπ.) στο σύστημα (Ν) προς τον αριθμό τους σε 1 mol της ουσίας (N A ):

Μοριακή μάζα (Μ) είναι η μάζα 1 mol μιας ουσίας, ίση με την αναλογία της μάζας της ουσίας (m) προς την ποσότητα της (n):

Η βασική μονάδα μοριακής μάζας είναι g/mol (kg/mol). Η μοριακή μάζα μιας ουσίας, εκφρασμένη σε γραμμάρια, είναι αριθμητικά ίση με τη σχετική μοριακή μάζα αυτής της ουσίας.

Μοριακός όγκος (V m) είναι ο όγκος που καταλαμβάνει 1 mole μιας αέριας ουσίας, ίσος με την αναλογία του όγκου μιας αέριας ουσίας (V) προς την ποσότητά της():

Στο αρ. (273,15 K και 101,325 kPa) για οποιαδήποτε ουσία σε αέρια κατάσταση V m = 22,4 l/mol.

Ένα ισοδύναμο (Ε) είναι ένα πραγματικό ή πλασματικό σωματίδιο μιας ουσίας που μπορεί να αντικαταστήσει, να προσθέσει, να απελευθερώσει ή να είναι με άλλο τρόπο ισοδύναμο με ένα ιόν υδρογόνου σε αντιδράσεις οξέος-βάσης ή ιοντοανταλλαγής ή ένα ηλεκτρόνιο σε αντιδράσεις οξειδοαναγωγής(OVR). Το ισοδύναμο είναι αδιάστατο, η σύνθεσή του εκφράζεται χρησιμοποιώντας σημεία και τύπους με τον ίδιο τρόπο όπως στην περίπτωση μορίων, ατόμων ή ιόντων.

Για να προσδιορίσετε τον τύπο για το ισοδύναμο μιας ουσίας και να τον γράψετε σωστά χημική μορφήΛοιπόν, πρέπει να προχωρήσουμε από τη συγκεκριμένη αντίδραση στην οποία εμπλέκεται η ουσία.

Ας δούμε μερικά παραδείγματα ορισμού ενός ισοδύναμου τύπου:

Α. 2NaOH+H2SO4 =2H2O+Na2SO4.

Σύντομη ιοντική-μοριακή εξίσωση της διαδικασίας:

2OH - +2H + =2H2O.

Αυτή η αντίδραση ανταλλαγής ιόντων περιλαμβάνει δύο ιόντα υδρογόνου. Για ένα ιόν υδρογόνου υπάρχει:

NaOH+1/2H2SO4 =H2O+1/2Na2SO4,

εκείνοι. ένα ιόν υδρογόνου αντιστοιχεί σε: ένα μόριο NaOH, 1/2 μόριο H 2 SO 4, ένα μόριο H 2 O, 1/2 μόριο Na 2 SO 4, επομένως E(NaOH) = NaOH; E(H2SO4) = 1/2H2SO4; Ε(Η2Ο)=Η2Ο; E(Na 2 SO 4) = 1/2Na 2 SO 4.

Β. Zn+2HCl=ZnCl2 +H2

Ιόντων-ηλεκτρονικές εξισώσεις διεργασιών οξείδωσης και αναγωγής:

Αυτό το ORR περιλαμβάνει δύο ηλεκτρόνια. Για ένα ηλεκτρόνιο υπάρχει:

1/2Zn+HCl=1/2ZnCl 2 +1/2H2,

εκείνοι. ένα ηλεκτρόνιο αντιστοιχεί στο 1/2 ενός ατόμου Zn, ένα μόριο HСl, το 1/2 ενός μορίου ZnCl 2 και το 1/2 ενός μορίου H 2, επομένως E(Zn) = 1/2Zn. E(HCl) = HCl; E(ZnCl 2) = 1/2ZnCl 2; E(H 2) = 1/2H 2.

Ο αριθμός που δείχνει ποιο κλάσμα ενός πραγματικού σωματιδίου είναι ισοδύναμο με ένα ιόν υδρογόνου ή ένα ηλεκτρόνιο ονομάζεται συντελεστής ισοδυναμίας f e. Για παράδειγμα, στις αντιδράσεις που εξετάζουμε, f e (Zn) = 1/2, f e (NaOH) = 1.

Για αντιδράσεις οξειδοαναγωγής χρησιμοποιείται η έννοια "ισοδύναμος αριθμός" (Z), ο οποίος είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που συνδέονται από ένα μόριο ενός οξειδωτικού παράγοντα ή που δωρίζονται από ένα μόριο ενός αναγωγικού παράγοντα.

Μοριακό ισοδύναμο είναι η ποσότητα μιας ουσίας που περιέχει 6,02*10 23 ισοδύναμα. Η μάζα ενός γραμμομοριακού ισοδυνάμου μιας ουσίας ονομάζεται μοριακή μάζα της ισοδύναμης ουσίας (M e),μετράται σε g/mol και υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τους τύπους:

M e =m/n e; M e =f e *M,

όπου M είναι η μοριακή μάζα της ουσίας, g/mol. ν e – ποσότητα ισοδυνάμου ουσίας, mol.

Για να υπολογίσετε το ισοδύναμο μοριακής μάζας μιας ουσίας, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τους ακόλουθους τύπους:

1. Για απλή ουσία:

M e = M A / B, f e = 1 / B,

όπου M A είναι η μοριακή μάζα των ατόμων μιας δεδομένης ουσίας. B είναι το σθένος του ατόμου, για παράδειγμα, M e (Al) = 27/3 = 9 g/mol.

2. Για μια σύνθετη ουσία:

M e =M/B*n, f e = 1/B*n,

όπου B είναι το σθένος της συναρτησιακής ομάδας. n είναι ο αριθμός των λειτουργικών ομάδων στον τύπο ενός μορίου ουσίας.

Για οξέα λειτουργική ομάδαείναι ένα ιόν υδρογόνου, για τις βάσεις - ένα ιόν υδροξυλίου, για τα άλατα - ένα ιόν μετάλλου, για τα οξείδια - ένα στοιχείο που σχηματίζει οξείδιο.

Μ ε οξύ = Μ οξύ / βασικότητα οξέος.

Η βασικότητα ενός οξέος καθορίζεται από τον αριθμό των πρωτονίων που αποδίδει ένα μόριο οξέος όταν αντιδρά με μια βάση..

Για παράδειγμα, Me (H2SO4) = 98/2 = 49 g/mol.

M e της βάσης = M της βάσης / οξύτητα της βάσης.

Η οξύτητα μιας βάσης καθορίζεται από τον αριθμό των πρωτονίων που προστίθενται στο μόριο βάσης όταν αυτό αλληλεπιδρά με το οξύ.

Για παράδειγμα, M e (NaOH) = 40/1 = 40 g/mol.

M e salt = M salt / (αριθμός ατόμων μετάλλου * μεταλλικό σθένος).

Για παράδειγμα, Me (Al 2 (SO 4) 3) = 342/(2*3) = 57 g/mol.

M e oxide = M oxide / (αριθμός ατόμων του στοιχείου που σχηματίζει οξείδιο * σθένος του στοιχείου).

Για παράδειγμα, M e (Al 2 O 3) = 102/(2*3) = 17 g/mol.

Γενικά, το ισοδύναμο μοριακής μάζας μιας χημικής ένωσης είναι ίσο με το άθροισμα των ισοδυνάμων μοριακής μάζας των συστατικών της μερών.

3. Για έναν οξειδωτικό παράγοντα, έναν αναγωγικό παράγοντα:

όπου Z είναι ο ισοδύναμος αριθμός (Z=1/f e).

Όπως είναι γνωστό, ένα mole οποιουδήποτε αερίου υπό κανονικές συνθήκες (T=273,15 K, P=101,325 kPa ή 760 mmHg) καταλαμβάνει όγκο ίσο με 22,4 λίτρα. αυτός ο όγκος ονομάζεται μοριακός όγκος V m Με βάση αυτή την τιμή, είναι δυνατός ο υπολογισμός του όγκου ενός γραμμομοριακού ισοδυνάμου αερίου (V e, l/mol) υπό κανονικές συνθήκες. Για παράδειγμα, για το υδρογόνο E(H 2) = 1/2H 2, ένα γραμμομοριακό ισοδύναμο υδρογόνου είναι δύο φορές μικρότερο από το mole των μορίων του και επομένως ο όγκος ενός γραμμομοριακού ισοδυνάμου υδρογόνου είναι επίσης δύο φορές μικρότερος από τον μοριακό του όγκο: 22,4 l/2 = 11, 2 l. Για οξυγόνο E(O 2) = 1/4 O 2, επομένως ο όγκος ενός mol ισοδύναμου οξυγόνου είναι τέσσερις φορές μικρότερος από τον μοριακό του όγκο: 22,4 l/4 = 5,6 l.

Γενικά: V e =f e *V m; V e = V/ .

Βασικοί νόμοι της χημείας

1. Νόμος διατήρησης μάζας ουσιών(M.V. Lomonosov; 1756):

η μάζα των ουσιών που εισέρχονται στην αντίδραση είναι ίση με τη μάζα των ουσιών που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της αντίδρασης.

2. Νόμος της σταθερότητας της σύνθεσης.

Έχει διαφορετικές συνθέσεις:

Η σύνθεση της μοριακής δομής των ενώσεων είναι σταθερή ανεξάρτητα από τη μέθοδο παρασκευής (ακριβέστερη σύγχρονη σύνθεση);

- οποιαδήποτε σύνθετη ουσία, ανεξάρτητα από τη μέθοδο παρασκευής της, έχει σταθερή ποιοτική και ποσοτική σύσταση;

Οι αναλογίες μεταξύ των μαζών των στοιχείων που συνθέτουν μια δεδομένη ένωση είναι σταθερές και δεν εξαρτώνται από τη μέθοδο λήψης αυτής της ένωσης.

3. Νόμος των Πολλαπλών(Dalton, 1803):

αν δύο στοιχεία σχηματίζουν πολλές χημικές ενώσεις μεταξύ τους, τότε οι μάζες ενός από τα στοιχεία που εμπίπτουν σε αυτές τις ενώσεις στην ίδια μάζα του άλλου σχετίζονται μεταξύ τους ως μικροί ακέραιοι.

Ο νόμος μαρτυρούσε ότι στοιχεία περιλαμβάνονται στις ενώσεις μόνο σε ορισμένες μερίδες και επιβεβαίωσε ατομικιστικές ιδέες. Η μικρότερη ποσότητα ενός στοιχείου που εισέρχεται σε μια ένωση είναι ένα άτομο. Κατά συνέπεια, μόνο ένας ακέραιος αριθμός ατόμων μπορεί να εισέλθει σε μια ένωση, και όχι ένα κλασματικό. Για παράδειγμα, οι αναλογίες μάζας C:O στα οξείδια CO 2 και CO είναι 12:32 και 12:16. Επομένως, η αναλογία μάζας του οξυγόνου που σχετίζεται με τη σταθερή μάζα του άνθρακα σε CO 2 και CO είναι 2:1.

4. Νόμος των ογκομετρικών σχέσεων(Ο νόμος του Gay-Lussac):

Οι όγκοι των αερίων που αντιδρούν σχετίζονται μεταξύ τους και με τους όγκους των αέριων προϊόντων της αντίδρασης που προκύπτουν ως μικροί ακέραιοι αριθμοί.

5.Ο νόμος του Avogadro( 1811) :

ίσοι όγκοι οποιωνδήποτε αερίων που λαμβάνονται στην ίδια θερμοκρασία και στην ίδια πίεση περιέχουν τον ίδιο αριθμό μορίων.Η σταθερά του Avogadro N A = 6,02*10 23 mol -1 – ο αριθμός των δομικών μονάδων σε ένα mol μιας ουσίας.

Συμπεράσματα από το νόμο του Avogadro:

ΕΝΑ) σε μια ορισμένη θερμοκρασία και πίεση, 1 mole οποιασδήποτε ουσίας σε αέρια κατάσταση καταλαμβάνει τον ίδιο όγκο.

β) στο αρ. (273,15 K και 101,325 kPa) ο μοριακός όγκος (V m) οποιουδήποτε αερίου είναι 22,4 L mol.

6. Εξίσωση κατάστασης ιδανικού αερίου - Mendeleev-Clapeyron:

όπου P – πίεση αερίου, Pa; V – όγκος αερίου, m3; m – μάζα ουσίας, g; M είναι η μοριακή του μάζα, g/mol. T – απόλυτη θερμοκρασία, K; R είναι η καθολική σταθερά αερίου ίση με 8,314 J/mol*K.

7. Νόμος των μερικών πιέσεων(νόμος Dalton):

Η πίεση ενός μείγματος αερίων που δεν αλληλεπιδρούν χημικά μεταξύ τους είναι ίση με το άθροισμα των μερικών πιέσεων των αερίων που αποτελούν το μείγμα.

8. Νόμος των ισοδυνάμων.

Έχει διάφορες συνθέσεις:

1) οι μάζες των ουσιών που συμμετέχουν στην αντίδραση είναι ανάλογες με αυτές μοριακές μάζεςισοδύναμος:

m 1 / m 2 = M E1 / M E2 = ...;

2) όλες οι ουσίες αντιδρούν μεταξύ τους σε ισοδύναμες ποσότητες,εκείνοι. ο αριθμός των γραμμομορίων ισοδύναμων ουσιών που συμμετέχουν στην αντίδραση είναι ίσος μεταξύ τους:

ν e1 =ν e2 = …;

m 1 / M E1 = m 2 / M E2 =…. .

3) για ουσίες που αντιδρούν σε διάλυμα, νόμος των ισοδυνάμωνγράφεται ως εξής:

S E 1 *V 1 =C E 2 *V 2,

όπου SE 1, SE 2 είναι κανονικές συγκεντρώσεις ή μοριακές συγκεντρώσεις του ισοδύναμου του πρώτου και του δεύτερου διαλύματος, mol/l. V 1 και V 2 – όγκοι διαλυμάτων που αντιδρούν, l.

ΣΕ σύγχρονος κόσμοςΥπάρχουν χιλιάδες διαφορετικές επιστήμες, εκπαιδευτικοί κλάδοι, τμήματα και άλλοι δομικοί σύνδεσμοι. Ξεχωριστή θέση όμως ανάμεσα σε όλα κατέχουν αυτά που αφορούν άμεσα έναν άνθρωπο και ό,τι τον περιβάλλει. Αυτό είναι ένα σύστημα φυσικών επιστημών. Φυσικά, όλοι οι άλλοι κλάδοι είναι επίσης σημαντικοί. Αλλά είναι αυτή η ομάδα που έχει την αρχαιότερη προέλευση και επομένως έχει ιδιαίτερη σημασία στη ζωή των ανθρώπων.

Τι είναι οι φυσικές επιστήμες;

Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα είναι απλή. Πρόκειται για κλάδους που μελετούν τον άνθρωπο, την υγεία του, καθώς και ολόκληρο το περιβάλλον: έδαφος γενικά, χώρος, φύση, ουσίες που αποτελούν όλα τα ζωντανά και μη σώματα, τις μεταμορφώσεις τους.

Η μελέτη των φυσικών επιστημών ήταν ενδιαφέρουσα για τους ανθρώπους από την αρχαιότητα. Πώς να απαλλαγείτε από μια ασθένεια, από τι αποτελείται το σώμα από μέσα και τι είναι, καθώς και εκατομμύρια παρόμοιες ερωτήσεις - αυτό είναι που ενδιαφέρει την ανθρωπότητα από την αρχή της εμφάνισής της. Οι εν λόγω κλάδοι δίνουν απαντήσεις σε αυτές.

Επομένως, στο ερώτημα τι είναι οι φυσικές επιστήμες, η απάντηση είναι σαφής. Πρόκειται για κλάδους που μελετούν τη φύση και όλα τα έμβια όντα.

Ταξινόμηση

Υπάρχουν πολλές κύριες ομάδες που ανήκουν στις φυσικές επιστήμες:

1. Χημικές (αναλυτικές, οργανικές, ανόργανες, κβαντικές, οργανοστοιχειώδεις ενώσεις).
2. Βιολογικά (ανατομία, φυσιολογία, βοτανική, ζωολογία, γενετική).
3. χημεία, φυσικές και μαθηματικές επιστήμες).
4. Επιστήμες της Γης (αστρονομία, αστροφυσική, κοσμολογία, αστροχημεία,
5. Επιστήμες για τα κελύφη της γης (υδρολογία, μετεωρολογία, ορυκτολογία, παλαιοντολογία, φυσική γεωγραφία, γεωλογία).

Εδώ παρουσιάζονται μόνο οι βασικές φυσικές επιστήμες. Ωστόσο, θα πρέπει να γίνει κατανοητό ότι καθένα από αυτά έχει τις δικές του υποενότητες, κλάδους, πλευρικούς και δευτερεύοντες κλάδους. Και αν τα συνδυάσετε όλα σε ένα ενιαίο σύνολο, μπορείτε να αποκτήσετε ένα ολόκληρο φυσικό σύμπλεγμα επιστημών, που αριθμεί σε εκατοντάδες μονάδες.

Ωστόσο, μπορεί να χωριστεί σε τρία μεγάλες ομάδεςκλάδους:

• εφαρμοσμένος;
• περιγραφικός;
• ακριβής.

Αλληλεπίδραση μεταξύ των κλάδων

Φυσικά, καμία πειθαρχία δεν μπορεί να υπάρξει απομονωμένη από τους άλλους. Όλοι τους βρίσκονται σε στενή αρμονική αλληλεπίδραση μεταξύ τους, σχηματίζοντας ένα ενιαίο σύμπλεγμα. Για παράδειγμα, η γνώση της βιολογίας θα ήταν αδύνατη χωρίς τη χρήση τεχνικών μέσων σχεδιασμένων με βάση τη φυσική.

Ταυτόχρονα, είναι αδύνατο να μελετηθούν οι μετασχηματισμοί μέσα σε ζωντανά όντα χωρίς γνώση της χημείας, επειδή κάθε οργανισμός είναι ένα ολόκληρο εργοστάσιο αντιδράσεων που συμβαίνουν με κολοσσιαία ταχύτητα.

Η διασύνδεση των φυσικών επιστημών ανιχνευόταν πάντα. Ιστορικά, η ανάπτυξη του ενός από αυτά συνεπαγόταν εντατική ανάπτυξη και συσσώρευση γνώσης στο άλλο. Μόλις άρχισαν να αναπτύσσονται νέα εδάφη, ανακαλύφθηκαν νησιά και χερσαίες εκτάσεις, αναπτύχθηκε αμέσως η ζωολογία και η βοτανική. Άλλωστε, οι νέοι βιότοποι κατοικήθηκαν (αν και όχι όλοι) από άγνωστους μέχρι τότε εκπροσώπους της ανθρώπινης φυλής. Έτσι, η γεωγραφία και η βιολογία συνδέονται στενά μεταξύ τους.

Αν μιλάμε για αστρονομία και συναφείς κλάδους, είναι αδύνατο να μην σημειωθεί το γεγονός ότι αναπτύχθηκαν χάρη σε επιστημονικές ανακαλύψειςστον τομέα της φυσικής και της χημείας. Ο σχεδιασμός του τηλεσκοπίου καθόρισε σε μεγάλο βαθμό τις επιτυχίες σε αυτόν τον τομέα.

Υπάρχουν πολλά παρόμοια παραδείγματα που μπορούν να δοθούν. Όλα αυτά απεικονίζουν τη στενή σχέση μεταξύ όλων των φυσικών κλάδων που αποτελούν μια τεράστια ομάδα. Παρακάτω θα εξετάσουμε τις μεθόδους των φυσικών επιστημών.

Ερευνητικές μέθοδοι

Πριν σταθούμε στις ερευνητικές μεθόδους που χρησιμοποιούνται από τις υπό εξέταση επιστήμες, είναι απαραίτητο να προσδιοριστούν τα αντικείμενα της μελέτης τους. Αυτοί είναι:

• Ο άνθρωπος;
• ΖΩΗ;
• Σύμπαν;
• ύλη;
• Γη.

Κάθε ένα από αυτά τα αντικείμενα έχει τα δικά του χαρακτηριστικά και για να τα μελετήσετε είναι απαραίτητο να επιλέξετε μία ή άλλη μέθοδο. Μεταξύ αυτών, κατά κανόνα, διακρίνονται τα ακόλουθα:

1. Η παρατήρηση είναι ένας από τους απλούστερους, πιο αποτελεσματικούς και αρχαίους τρόπους κατανόησης του κόσμου.
2. Ο πειραματισμός είναι η βάση των χημικών επιστημών και των περισσότερων βιολογικών και φυσικών κλάδων. Σας επιτρέπει να λάβετε το αποτέλεσμα και να το χρησιμοποιήσετε για να βγάλετε ένα συμπέρασμα
3. Σύγκριση - αυτή η μέθοδος βασίζεται στη χρήση ιστορικά συσσωρευμένης γνώσης για ένα συγκεκριμένο θέμα και στη σύγκριση με τα αποτελέσματα που λαμβάνονται. Με βάση την ανάλυση εξάγεται συμπέρασμα για την καινοτομία, την ποιότητα και άλλα χαρακτηριστικά του αντικειμένου.
4. Ανάλυση. Αυτή η μέθοδος μπορεί να περιλαμβάνει μαθηματική μοντελοποίηση, συστηματική, γενίκευση και αποτελεσματικότητα. Τις περισσότερες φορές είναι το τελικό αποτέλεσμα μετά από μια σειρά άλλων μελετών.
5. Μέτρηση - χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση των παραμέτρων συγκεκριμένων αντικειμένων ζωντανής και άψυχης φύσης.

Υπάρχουν επίσης οι πιο πρόσφατες, σύγχρονες μέθοδοι έρευνας που χρησιμοποιούνται στη φυσική, τη χημεία, την ιατρική, τη βιοχημεία και γενετική μηχανική, γενετική και άλλα σημαντικές επιστήμες. Αυτό:

• μικροσκοπία ηλεκτρονίων και λέιζερ.
• φυγοκέντρηση;
• βιοχημική ανάλυση;
• Δομική ανάλυση ακτίνων Χ;
• φασματομετρία;
• χρωματογραφία και άλλα.

Φυσικά, αυτή δεν είναι μια πλήρης λίστα. Υπάρχουν πολλές διαφορετικές συσκευές για εργασία σε κάθε τομέα της επιστημονικής γνώσης. Χρειάζεται για όλα ατομική προσέγγιση, που σημαίνει ότι διαμορφώνεται το δικό μας σύνολο μεθόδων, επιλέγεται εξοπλισμός και εξοπλισμός.

Σύγχρονα προβλήματα της φυσικής επιστήμης

Τα κύρια προβλήματα των φυσικών επιστημών στο παρόν στάδιο ανάπτυξης είναι η αναζήτηση νέων πληροφοριών, η συσσώρευση μιας βάσης θεωρητικής γνώσης σε μια πιο εις βάθος, πλούσια μορφή. Μέχρι τις αρχές του 20ου αιώνα, το κύριο πρόβλημα των υπό εξέταση κλάδων ήταν η αντίθεση με τις ανθρωπιστικές επιστήμες.

Ωστόσο, σήμερα αυτό το εμπόδιο δεν είναι πλέον σχετικό, αφού η ανθρωπότητα έχει συνειδητοποιήσει τη σημασία της διεπιστημονικής ολοκλήρωσης για την απόκτηση γνώσης για τον άνθρωπο, τη φύση, το διάστημα και άλλα πράγματα.

Τώρα οι κλάδοι του κύκλου της φυσικής επιστήμης αντιμετωπίζουν ένα διαφορετικό καθήκον: πώς να διατηρήσουν τη φύση και να την προστατέψουν από την επιρροή του ίδιου του ανθρώπου και των οικονομικών του δραστηριοτήτων; Και τα προβλήματα εδώ είναι τα πιο πιεστικά:

• όξινη βροχή;
• Το φαινόμενο του θερμοκηπίου;
• καταστροφή του στρώματος του όζοντος·
• εξαφάνιση φυτικών και ζωικών ειδών·
• ατμοσφαιρική ρύπανση και άλλα.

Βιολογία

Στις περισσότερες περιπτώσεις, απαντώντας στην ερώτηση "Τι είναι οι φυσικές επιστήμες;" Μια λέξη έρχεται αμέσως στο μυαλό - βιολογία. Αυτή είναι η γνώμη των περισσότερων ανθρώπων που δεν σχετίζονται με την επιστήμη. Και αυτή είναι μια απολύτως σωστή άποψη. Τελικά, τι, αν όχι η βιολογία, συνδέει άμεσα και πολύ στενά τη φύση και τον άνθρωπο;

Όλοι οι κλάδοι που συνθέτουν αυτή την επιστήμη στοχεύουν στη μελέτη των ζωντανών συστημάτων, τις αλληλεπιδράσεις τους μεταξύ τους και με το περιβάλλον. Επομένως, είναι απολύτως φυσιολογικό η βιολογία να θεωρείται ο ιδρυτής των φυσικών επιστημών.

Επιπλέον, είναι επίσης ένα από τα αρχαιότερα. Άλλωστε, στον εαυτό του, στο σώμα του, στα γύρω φυτά και ζώα, προέκυψε μαζί με τον άνθρωπο. Η γενετική, η ιατρική, η βοτανική, η ζωολογία και η ανατομία συνδέονται στενά με αυτόν τον κλάδο. Όλοι αυτοί οι κλάδοι συνθέτουν τη βιολογία ως σύνολο. Μας δίνουν μια πλήρη εικόνα της φύσης, του ανθρώπου και όλων των ζωντανών συστημάτων και οργανισμών.

Χημεία και φυσική

Αυτές οι θεμελιώδεις επιστήμες στην ανάπτυξη της γνώσης για τα σώματα, τις ουσίες και τα φυσικά φαινόμενα δεν είναι λιγότερο αρχαίες από τη βιολογία. Αναπτύχθηκαν επίσης μαζί με την ανάπτυξη του ανθρώπου, τη διαμόρφωσή του στο κοινωνικό περιβάλλον. Οι κύριοι στόχοι αυτών των επιστημών είναι η μελέτη όλων των σωμάτων της άψυχης και ζωντανής φύσης από την άποψη των διεργασιών που συμβαίνουν σε αυτά, η σύνδεσή τους με το περιβάλλον.

Άρα, η φυσική θεωρεί φυσικά φαινόμενα, μηχανισμούς και αιτίες εμφάνισής τους. Η χημεία βασίζεται στη γνώση των ουσιών και στις αμοιβαίες μετατροπές τους μεταξύ τους.

Αυτό είναι οι φυσικές επιστήμες.

Γεωεπιστήμες

Και τέλος, παραθέτουμε τους κλάδους που μας επιτρέπουν να μάθουμε περισσότερα για το σπίτι μας, το όνομα του οποίου είναι Γη. Αυτά περιλαμβάνουν:

• γεωλογία;
• μετεωρολογία;
• κλιματολογία;
• γεωδαισία;
• υδροχημεία;
• χαρτογραφία;
• ορυκτολογία;
• σεισμολογία;
• επιστήμη του εδάφους?
• παλαιοντολογία;
• τεκτονική και άλλα.

Υπάρχουν περίπου 35 διαφορετικοί κλάδοι συνολικά. Μαζί μελετούν τον πλανήτη μας, τη δομή, τις ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά του, που είναι τόσο απαραίτητα για την ανθρώπινη ζωή και την οικονομική ανάπτυξη.

Όλος ο ποικιλόμορφος κόσμος γύρω μας είναι ύλη, η οποία εκδηλώνεται με δύο μορφές: ουσίες και πεδία. Ουσίααποτελείται από σωματίδια που έχουν τη δική τους μάζα. Πεδίο– μια μορφή ύπαρξης ύλης που χαρακτηρίζεται από ενέργεια.

Η ιδιότητα της ύλης είναι κίνηση. Οι μορφές κίνησης της ύλης μελετώνται από διάφορες φυσικές επιστήμες: φυσική, χημεία, βιολογία κ.λπ.

Δεν πρέπει να υποθέσουμε ότι υπάρχει μια μοναδική, αυστηρή αντιστοιχία μεταξύ των επιστημών, αφενός, και των μορφών κίνησης της ύλης, αφετέρου. Πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι γενικά δεν υπάρχει καμία μορφή κίνησης της ύλης που θα υπήρχε στην καθαρή της μορφή, χωριστά από άλλες μορφές. Όλα αυτά τονίζουν τη δυσκολία ταξινόμησης των επιστημών.

Χ όνομαμπορεί να οριστεί ως επιστήμη που μελετά τη χημική μορφή κίνησης της ύλης, η οποία νοείται ως ποιοτική αλλαγή ουσιών: Η Χημεία μελετά τη δομή, τις ιδιότητες και τους μετασχηματισμούς των ουσιών.

ΠΡΟΣ ΤΗΝ χημικά φαινόμενααναφέρονται σε τέτοια φαινόμενα στα οποία ορισμένες ουσίες μετατρέπονται σε άλλες. Χημικά φαινόμεναονομάζεται διαφορετικά χημικές αντιδράσεις. Τα φυσικά φαινόμενα δεν συνοδεύονται από τη μετατροπή κάποιων ουσιών σε άλλες.

Στην καρδιά κάθε επιστήμης βρίσκεται ένα ορισμένο σύνολο προκαταρκτικών πεποιθήσεων, θεμελιωδών φιλοσοφικών στάσεων και απαντήσεων στο ερώτημα της φύσης της πραγματικότητας και της ανθρώπινης γνώσης. Αυτό το σύνολο πεποιθήσεων και αξιών που μοιράζονται τα μέλη μιας δεδομένης επιστημονικής κοινότητας ονομάζονται παραδείγματα.

Τα κύρια παραδείγματα της σύγχρονης χημείας:

1. Ατομική και μοριακή δομή της ύλης

2. Νόμος διατήρησης της ύλης

3. Ηλεκτρονική φύση χημικός δεσμός

4. Αδιαμφισβήτητη σύνδεση μεταξύ της δομής μιας ουσίας και της Χημικές ιδιότητες (περιοδικός νόμος)

Η χημεία, η φυσική, η βιολογία μόνο με την πρώτη ματιά μπορεί να φαίνονται επιστήμες μακριά η μία από την άλλη. Αν και τα εργαστήρια ενός φυσικού, ενός χημικού και ενός βιολόγου είναι πολύ διαφορετικά, όλοι αυτοί οι ερευνητές ασχολούνται με φυσικά αντικείμενα. Αυτό διακρίνει τις φυσικές επιστήμες από τα μαθηματικά, την ιστορία, τα οικονομικά και πολλές άλλες επιστήμες που μελετούν αυτό που δημιουργείται όχι από τη φύση, αλλά κυρίως από τον ίδιο τον άνθρωπο.

Η οικολογία συνδέεται στενά με τις φυσικές επιστήμες. Δεν πρέπει να πιστεύουμε ότι η οικολογία είναι «καλή» χημεία, σε αντίθεση με την κλασική «κακή» χημεία που μολύνει το περιβάλλον. Δεν υπάρχει «κακή» χημεία ή «κακή» πυρηνική φυσική - υπάρχει επιστημονική και τεχνολογική πρόοδος ή έλλειψή της σε οποιοδήποτε τομέα δραστηριότητας. Το καθήκον ενός οικολόγου είναι να χρησιμοποιήσει νέα επιτεύγματα των φυσικών επιστημών προκειμένου να ελαχιστοποιήσει τον κίνδυνο διατάραξης του ενδιαιτήματος των έμβιων όντων με μέγιστο όφελος. Η ισορροπία κινδύνου-οφέλους είναι αντικείμενο μελέτης για τους οικολόγους.

Δεν υπάρχουν αυστηρά όρια μεταξύ των φυσικών επιστημών. Για παράδειγμα, η ανακάλυψη και η μελέτη των ιδιοτήτων νέων τύπων ατόμων θεωρούνταν κάποτε καθήκον των χημικών. Ωστόσο, αποδείχθηκε ότι από τα επί του παρόντος γνωστά είδη ατόμων, μερικά ανακαλύφθηκαν από χημικούς και άλλα από φυσικούς. Αυτό είναι μόνο ένα από τα πολλά παραδείγματα «ανοιχτών συνόρων» μεταξύ της φυσικής και της χημείας.

Η ζωή είναι μια σύνθετη αλυσίδα χημικών μετασχηματισμών. Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί απορροφούν κάποιες ουσίες από το περιβάλλον και απελευθερώνουν άλλες. Αυτό σημαίνει ότι ένας σοβαρός βιολόγος (βοτανολόγος, ζωολόγος, γιατρός) δεν μπορεί να κάνει χωρίς γνώση χημείας.

Αργότερα θα δούμε ότι δεν υπάρχει απολύτως ακριβές όριο μεταξύ φυσικών και χημικών μετασχηματισμών. Η φύση είναι μία, επομένως πρέπει πάντα να θυμόμαστε ότι είναι αδύνατο να κατανοήσουμε τη δομή του κόσμου γύρω μας εμβαθύνοντας σε έναν μόνο από τους τομείς της ανθρώπινης γνώσης.

Ο κλάδος "Χημεία" συνδέεται με άλλους κλάδους των φυσικών επιστημών με διεπιστημονικές συνδέσεις: προηγούμενες - με τα μαθηματικά, τη φυσική, τη βιολογία, τη γεωλογία και άλλους κλάδους.

Σύγχρονη χημείαείναι ένα διακλαδισμένο σύστημα πολλών επιστημών: ανόργανες, οργανικές, φυσικές, αναλυτική Χημεία, ηλεκτροχημεία, βιοχημεία, τα οποία κατακτούν οι φοιτητές σε επόμενα μαθήματα.

Η γνώση του μαθήματος της χημείας είναι απαραίτητη για την επιτυχή μελέτη άλλων γενικών επιστημονικών και ειδικών κλάδων.

Εικόνα 1.2.1 – Θέση της χημείας στο σύστημα των φυσικών επιστημών

Η βελτίωση των μεθόδων έρευνας, κυρίως των πειραματικών τεχνικών, οδήγησε στη διαίρεση της επιστήμης σε όλο και πιο στενές περιοχές. Ως αποτέλεσμα, η ποσότητα και η «ποιότητα», δηλ. η αξιοπιστία των πληροφοριών έχει αυξηθεί. Ωστόσο, η αδυναμία να κατέχει ένα άτομο πλήρη γνώσηακόμη και για παρακείμενα επιστημονικά πεδίαδημιούργησε νέα προβλήματα. Ακριβώς όπως στη στρατιωτική στρατηγική τα πιο αδύναμα σημεία άμυνας και επίθεσης βρίσκονται στη συμβολή των μετώπων, στην επιστήμη οι λιγότερο ανεπτυγμένες περιοχές παραμένουν εκείνες που δεν μπορούν να ταξινομηθούν με σαφήνεια. Μεταξύ άλλων λόγων, μπορεί κανείς να σημειώσει τη δυσκολία στην απόκτηση του κατάλληλου επιπέδου προσόντων ( επιστημονικό πτυχίο) για επιστήμονες που εργάζονται σε περιοχές στον «κόμβο των επιστημών». Εκεί όμως γίνονται και οι κύριες ανακαλύψεις της εποχής μας.