Химияның басқа жаратылыстану ғылымдарымен байланысы. Жаратылыстану және гуманитарлық ғылымдардың (мәдениеттердің) бірлігі мен өзара байланысы

Жаратылыстану білімдері жүйесі

Жаратылыстануқазіргі заманғы ғылыми білімдер жүйесінің құрамдас бөліктерінің бірі болып табылады, сонымен қатар техникалық және кешендерін қамтиды гуманитарлық ғылымдар. Жаратылыстану – материяның қозғалыс заңдылықтары туралы реттелген ақпараттың дамып келе жатқан жүйесі.

Зерттеу объектілері жеке жаратылыстану ғылымдары болып табылады, олардың жиынтығы 20 ғасырдың басында. жаратылыстану тарихы деп аталды, олар пайда болған кезден бастап бүгінгі күнге дейін болды және қалады: материя, тіршілік, адам, Жер, Әлем. Осыған сәйкес қазіргі жаратылыстану іргелі жаратылыстану ғылымдарын былайша топтастырады:

• физика, химия, физикалық химия;
• биология, ботаника, зоология;
• анатомия, физиология, генетика (тұқым қуалаушылықты зерттеу);
• геология, минералогия, палеонтология, метеорология, физикалық география;
• астрономия, космология, астрофизика, астрохимия.

Әрине, мұнда тек негізгі табиғилар келтірілген, бірақ шын мәнінде қазіргі жаратылыстанужүздеген ғылыми пәндерді қамтитын күрделі де тармақталған кешен. Физика бір ғана ғылымдардың тұтас отбасын (механика, термодинамика, оптика, электродинамика және т.б.) біріктіреді. Ғылыми білімнің көлемі ұлғайған сайын ғылымның белгілі бір салалары өздерінің концептуалды аппараты және нақты зерттеу әдістері бар ғылыми пәндер мәртебесіне ие болды, бұл көбінесе, айталық, физиканың басқа салаларымен айналысатын мамандар үшін оларға қол жеткізуді қиындатады.

Жаратылыстану ғылымдарындағы мұндай дифференциация (шынында, жалпы ғылымдағы сияқты) маманданудың барған сайын тарылуының табиғи және болмай қоймайтын салдары болып табылады.

Сонымен қатар, қарама-қарсы процестер ғылымның дамуында да табиғи түрде орын алады, атап айтқанда, жаратылыстану пәндері қалыптасады және қалыптасады, олар көбінесе ғылымдардың «қиылысында»: химиялық физика, биохимия, биофизика, биогеохимия және көптеген басқалар. Нәтижесінде, бір кездері жекелеген ғылыми пәндер мен олардың бөлімдері арасында анықталған шекаралар өте шартты, икемді және, айталық, ашық болады.

Бұл процестер, бір жағынан, ғылыми пәндер санының одан әрі көбеюіне әкелсе, екінші жағынан, олардың жақындасуы мен өзара енуіне әкеліп соғады, жалпы тенденцияны көрсететін жаратылыстану ғылымдарының интеграциясының бір дәлелі болып табылады. қазіргі ғылым.

Бұл жерде, бәлкім, ерекше орын алатыны сөзсіз, осыған жүгінген жөн болар. ғылыми пән, зерттеу құралы және тек жаратылыстану ғылымдарының ғана емес, сонымен қатар сандық заңдылықтарды анықтауға болатын көптеген басқалардың әмбебап тілі болып табылатын математика ретінде.

Зерттеудің негізінде жатқан әдістерге байланысты жаратылыстану ғылымдары туралы айтуға болады:

• сипаттамалық (дәлелдемелер мен олардың арасындағы байланыстарды зерттеу);
• нақты (құрылыс математикалық модельдербелгіленген фактілер мен байланыстарды, яғни үлгілерді білдіру);
• қолданбалы (табиғатты игеру және өзгерту үшін сипаттамалық және нақты жаратылыстану ғылымдарының систематикасы мен модельдерін пайдалану).

Дегенмен, табиғат пен техниканы зерттейтін барлық ғылымдардың ортақ жалпы белгісі саналы әрекет болып табылады кәсіби жұмысшыларзерттелетін объектілердің мінез-құлқын және зерттелетін құбылыстардың табиғатын сипаттауға, түсіндіруге және болжауға бағытталған ғылым. Гуманитарлық ғылымдар құбылыстарды (оқиғаларды) түсіндіру мен болжау, әдетте, түсіндіруге емес, шындықты түсінуге негізделуімен ерекшеленеді.

Бұл жүйелі бақылауға, қайталанатын эксперименттік сынауға және қайталанатын эксперименттерге мүмкіндік беретін зерттеу объектілері бар ғылымдар мен мәні бойынша бірегей, қайталанбайтын жағдайларды, әдетте, экспериментті дәл қайталауға мүмкіндік бермейтін ғылымдар арасындағы түбегейлі айырмашылық, немесе белгілі бір экспериментті бірнеше рет өткізу.

Қазіргі заманғы мәдениет білімнің көптеген тәуелсіз бағыттар мен пәндерге дифференциациялануын, ең алдымен жаратылыстану және гуманитарлық ғылымдар арасындағы бөлуді еңсеруге ұмтылады, бұл ғылымда айқын көрінді. аяғы XIXВ. Өйткені, дүние өзінің шексіз алуан түрлілігімен біртұтас, сондықтан адам білімінің біртұтас жүйесінің салыстырмалы тәуелсіз салалары өзара органикалық түрде байланысты; мұндағы айырмашылық өтпелі, бірлік абсолютті.

Қазіргі уақытта жаратылыстану ғылымдарының интеграциясы айқын пайда болды, ол көптеген нысандарда көрінеді және оның дамуының ең айқын тенденциясына айналып отыр. Бұл тенденция жаратылыстану ғылымдарының гуманитарлық ғылымдармен өзара әрекеттесуінде көбірек көрініс табуда. Жалпы заңдылықтармен біріктірілген сан алуан ғылыми білімдерді тұтас және дәйекті жүйеге біріктіру мүмкіндігін ашатын жүйелілік, өзін-өзі ұйымдастыру және жаһандық эволюционизм принциптерін қазіргі ғылымның алдыңғы шебіне шығару соның дәлелі. әртүрлі сипаттағы объектілердің эволюциясы.

Біз жаратылыстану және гуманитарлық ғылымдардың барған сайын жақындасып, өзара интеграциялануының куәсі болып отырмыз деуге толық негіз бар. Бұл гуманитарлық зерттеулерде тек техникалық құралдарды ғана емес, кеңінен қолданумен расталады ақпараттық технологиялар, жаратылыстану және техникалық ғылымдарда қолданылады, сонымен қатар жаратылыстанудың даму процесінде жасалған жалпы ғылыми зерттеу әдістері.

Бұл курстың пәні тірі және жансыз материяның тіршілік ету формалары мен қозғалысына байланысты ұғымдар болса, қоғамдық құбылыстардың барысын анықтайтын заңдар гуманитарлық ғылымдардың пәні болып табылады. Дегенмен, жаратылыстану және гуманитарлық ғылымдар бір-бірінен қаншалықты ерекшеленсе де, олардың ғылымның логикасы болып табылатын жалпы бірлігі бар екенін есте ұстаған жөн. Дәл осы логиканың бағыныштылығы ғылымды шындық туралы объективті білімді анықтауға және теориялық жүйелеуге бағытталған адам қызметінің саласына айналдырады.

Дүниенің жаратылыстану-ғылыми суретін ғалымдар жасайды және өзгертеді әртүрлі ұлттар, олардың арасында әртүрлі діндер мен конфессиялардың сенімді атеистері мен сенушілері бар. Дегенмен, оның ішінде кәсіби қызметолардың барлығы дүниенің материалдық екендігінен, яғни оны зерттейтін адамдарға қарамастан объективті түрде өмір сүретіндігінен шығады. Дегенмен, таным процесінің өзі зерттелетін объектілерге әсер ете алатынын ескеріңіз. материалдық дүниежәне зерттеу құралдарының даму деңгейіне байланысты адамның оларды қалай елестететіні туралы. Сонымен қатар, әрбір ғалым дүниенің іргелі танылатындығынан шығады.

Ғылыми таным процесі – шындықты іздеу. Алайда ғылымдағы абсолютті ақиқат түсініксіз, білім жолындағы әрбір қадам сайын ол одан әрі тереңдей түседі. Осылайша, білімнің әрбір сатысында ғалымдар келесі кезеңде нақтырақ, шындыққа барабар білімге қол жеткізілетінін түсініп, салыстырмалы шындықты белгілейді. Ал бұл таным процесінің объективті және сарқылмайтындығының тағы бір дәлелі.

Жаратылыстанудың даму заңдылықтарының бірі – жаратылыстану ғылымдарының өзара байланысы, жаратылыстанудың барлық салаларының өзара байланысы. Демек, ғылым біртұтас тұтастық.

Өзара әрекеттестіктің негізгі тәсілдеріне мыналар жатады:

Бір пәнді бірнеше ғылымның бір уақытта зерттеуі (мысалы, адамды зерттеу);

Бір ғылымның басқа ғылымдар алған білімді пайдалануы, мысалы, физиканың жетістіктері астрономия, химия, минералогия, математиканың дамуымен тығыз байланысты және осы ғылымдардың алған білімдерін пайдалану;

Бір ғылымның әдістерін екінші ғылымның объектілері мен процестерін зерттеу үшін қолдану. Таза физикалық әдіс - «таңбаланған атомдар» әдісі - биологияда, ботаникада, медицинада және т.б. Электрондық микроскопОл тек физикада ғана емес: вирустарды зерттеу үшін де қажет. Парамагниттік резонанс құбылысы ғылымның көптеген салаларында қолданылады. Көптеген тірі объектілерде табиғатта таза физикалық құралдар бар, мысалы, жыланның инфрақызыл сәулеленуді қабылдауға және градустың мыңнан бір бөлігіндегі температура өзгерістерін анықтауға қабілетті органы бар; жарғанаттың ультрадыбыстық локаторы бар, ол ғарышта шарлауға және әдетте өмір сүретін үңгірлердің қабырғаларына соғылмауға мүмкіндік береді және т.б.;

Технология мен өндіріс арқылы өзара әрекеттесу, бірнеше ғылымның деректері қолданылатын жерде жүзеге асырылады, мысалы, аспап жасауда, кеме жасауда, ғарышта, автоматтандыруда, әскери өнеркәсіпте және т.б.;

Оқыту арқылы өзара әрекеттесу жалпы қасиеттері әртүрлі түрлеріматерия, оның жарқын мысалы кибернетика – кешенді басқару туралы ғылым динамикалық жүйелеркері байланысты пайдалана отырып, кез келген сипаттағы (техникалық, биологиялық, экономикалық, әлеуметтік, әкімшілік және т.б.). Олардағы басқару процесі жүктелген міндетке сәйкес жүзеге асырылады және басқару мақсатына жеткенше жүреді.

Адам танымының даму процесінде ғылым көп қырлы шындықтың жекелеген мәселелерін зерттейтін жеке салаларға көбірек сараланады. Екінші жағынан, ғылым дүниенің біртұтас бейнесін дамытады, оның дамуының жалпы заңдылықтарын көрсетеді, бұл ғылымдардың кеңірек синтезіне әкеледі, т. табиғат туралы тереңірек білім беру. Дүние бірлігі ғылымдар бірлігінің негізінде жатыр, білімнің дамуы, сайып келгенде, адам білімінің әрбір жеке айналымына бағытталған. Ғылымдардың бірлігіне апаратын жол оның жекелеген салаларының бірігуі арқылы өтеді, ол әртүрлі теориялар мен зерттеу әдістерін біріктіруді көздейді. Осылайша, даму процесінде қазіргі ғылымдардифференциация процестері ғылымдардың интеграциялану процестерімен байланысты: физика механикаға, ал ол өз кезегінде кинематикаға, динамикаға және статикаға бөлінеді; молекулалық, атомдық, ядролық физика, термодинамика, электр, магнетизм, оптика және т.б.; Медициналық институттар әртүрлі мамандықтағы дәрігерлерді дайындайды: терапевт, хирург, психиатр, кардиолог, офтальмолог, уролог және т.б. – мамандықтардың ауқымы өте кең, бірақ кез келген түлек медициналық институт- дәрігер.

Ғылыми білімдердің жекелеген салаларға дифференциациялануы бізді олардың арасындағы қажетті байланыстарды анықтауға итермелейді. Көптеген шекаралық ғылымдар пайда болуда, мысалы, физика мен химияның шекарасында ғылымның жаңа салалары пайда болды: физикалық химия және химиялық физика (Мәскеуде Ресей Ғылым Академиясында (РҒА) институттар бар) физикалық химияжәне химиялық физика); биология мен химияның шекарасында – биохимия; биология және физика – биофизика. Ғылымның біртұтастығына байланысты оның бір саласы бойынша принциптердің бірігуі міндетті түрде басқа саладағы интеграциямен байланысты. Жоғарыда айтылғандарды қорытындылай келе, жаратылыстанудың дифференциациясы мен интеграциясы аяқталмаған, ашық процесс екенін айта аламыз. Жаратылыстану жабық жүйе емес, жаратылыстанудың мәні туралы мәселе әрбір жаңа жаңалық ашқан сайын айқындала түседі.

Жалпы жүйелер теориясына сәйкес (GTS) ең маңызды қасиеткүрделі құрылымы бар жүйелер — олардың иерархиясы (грек тілінен hierarchia - бағыну сатысы), оның ішкі жүйелерінің немесе бағыныштылығының болуымен сипатталады. құрылымдық деңгейлер. Жаратылыстану ғылымында да иерархия бар. Оны алғаш рет француз физигі Андре Ампер (1775-1836) атап көрсетті, ол өз заманында белгілі барлық жаратылыстану ғылымдарының табиғи жіктелу принципін табуға тырысты. Ол физиканы іргелі ғылым ретінде бірінші орынға қойды.

Жаратылыстану ғылымдарының бағыныштылығы туралы идеялар бүгінде кеңінен талқылануда. Бұл жағдайда ғылымда екі бағыт бар: редукционизм(латын тілінен қысқарту - қайтару), оған сәйкес барлық «жоғары» қарапайымға - «төменге», яғни. барлық биологиялық құбылыстар химиялық, ал химиялық құбылыстар физикалық, және интеграциялық(бұл керісінше).

Редукционизм мен интегрализмнің айырмашылығы тек ғалымның ойының бағытында. Сонымен қатар, іргелі жаратылыстану ғылымдарының иерархиясы циклдік тұйық сипатқа ие. Циклдік– бұл табиғаттың өзіне тән қасиет. Мысалдар келтірейік: Табиғаттағы заттардың айналымы, күн мен түннің ауысуы, жыл мезгілдерінің ауысуы, өсімдік өлген кезде жер бетіне тұқым қалдырады, содан кейін жаңа тіршілік пайда болады. Демек, бір ғана зерттеу объектісі бар жаратылыстану – осы қасиеті бар табиғатта да бар.

Инженерлерді дайындау сапасы олардың іргелі ғылымдар: математика, физика және химия саласындағы білім деңгейіне айтарлықтай байланысты. Химияның жаратылыстану пәндері жүйесіндегі рөлі мен орны материалдық өндіріс саласында адамның әрқашан материямен айналысуымен анықталады.

Күнделікті өмірде заттардың әртүрлі өзгерістерге ұшырайтынын байқаймыз: болат зат ылғалды ауада тот басады; пештегі ағаш жанып, күлдің кішкене үйіндісі ғана қалады; бензин автомобиль қозғалтқышында жанып, қоршаған ортаға екі жүзге жуық әртүрлі заттарды, соның ішінде улы және канцерогенді заттарды шығарады; құлаған ағаш жапырақтары бірте-бірте шіріп, гумусқа айналады және т.б.

Заттың қасиеттерін, оның бөлшектерінің құрылысын, химиялық табиғатын, олардың өзара әрекеттесу механизмдерін, бір заттың екінші затқа айналуының мүмкін болатын жолдарын білу – осы есептер химия пәнін құрайды.

Химия - заттар және олардың өзгеру заңдылықтары туралы ғылым.

Жаратылыстану ғылымының бір саласы ретінде химия басқа жаратылыстану ғылымдарымен байланысты. Химиялық өзгерістер әрқашан физикалық өзгерістермен бірге жүреді. Кең қолданба физикалық әдістерХимиядағы ғылыми-зерттеу және математикалық аппарат оны физика мен математикаға жақындатты. Химия биологиямен де байланысты, өйткені биологиялық процестер үздіксіз химиялық өзгерістермен бірге жүреді. Геологиялық есептерді шешу үшін химиялық әдістер қолданылады. Әртүрлі жаратылыстану ғылымдарының арасындағы байланыс өте тығыз, жаңа ғылымдар ғылымдардың қиылысында пайда болады, мысалы, ядролық химия, биохимия, геохимия, космохимия және т.б.

Зерттеу химиялық әдістербірқатар техникалық мәселелер химияны қажетті инженерлік, техникалық және арнайы пәндермен байланыстырады практикалық іс-шараларинженер Сонымен, болат және басқа қорытпаларды, таза металдар мен жартылай өткізгіштерді өндіру, олардан өнім алу және оларды әрі қарай пайдалану, сәйкес газ және сұйық ортада әртүрлі механизмдерді пайдалану – мұның бәрі нақты химиялық білімді және оны қолдана білуді талап етеді. бұл іс жүзінде.

Химияны қолданбайтын сала жоқтың қасы. Табиғат бізге шикізат береді: ағаш, кен, мұнай, газ және т.б. Табиғи материалдарды химиялық өңдеуге ұшырату арқылы адам ауыл шаруашылығына, өнеркәсіпке, шаруашылыққа қажетті әртүрлі заттарды: тыңайтқыштарды, металдарды, пластмассаларды, бояуларды, дәрілік заттарды алады. заттар, сабын, сода және т.б. Табиғи заттардан – металдардан, цемент пен бетоннан, керамикадан, фарфор мен шыныдан, резеңкеден, пластмассадан, жасанды талшықтардан, фармацевтикадан өзіне қажеттінің барлығын алу үшін адамзатқа химия қажет. Табиғи шикізатты химиялық өңдеу үшін заттардың айналуының жалпы заңдылықтарын білу қажет және бұл білімді химия береді.

IN заманауи жағдайлар, көптің қоры екені белгілі болған кезде табиғи ресурстаршектеулі және қалпына келтірілмеген, адам тарапынан қоршаған ортаға түсетін жүктеме соншалықты үлкен болған кезде және табиғаттың өзін-өзі тазарту мүмкіндігі шектеулі болған кезде бірқатар жаңа мәселелер алға шығады, олардың шешімі химиялық білімсіз мүмкін емес. Бұлар бірінші кезекте қауіпсіздік мәселелерін қамтиды қоршаған ортажәне жаңа технологиялық процестерде экологиялық талаптарды сақтау, жабық өндірістік циклдар мен қалдықсыз технологияларды құру, энергия мен ресурстарды үнемдейтін технологияларды теориялық негіздеу және дамыту. Жоғары сапалы өнімге және олардың беріктігіне қойылатын талаптарды жүзеге асыру химиялық құрамды бақылау технологиялық циклдің ең маңызды кезеңі екенін түсінбестен елестету мүмкін емес. Материалдар мен олардан жасалған бұйымдардың коррозиясымен күресу, бетті өңдеудің жаңа әдістері инженерден химиялық процестердің мәнін терең түсінуді талап етеді.

Жоғарыда аталған мәселелерді жан-жақты сауатты инженерлер шеше алады, олар басқа тапсырмалармен қатар химиялық мәселелерді түсініп, өз бетінше шарлай алады.

Химия туралы негізгі түсініктер

Химия пәнінің зерттеу объектісі – химиялық элементтер және олардың қосылыстары.

Химиялық элемент – ядро ​​заряды бірдей атомдар түрі. Атом - химиялық қасиеттері бар элементтің ең кішкентай бөлшегі.

Молекула – жеке заттың өз бетінше өмір сүруге қабілетті, өзінің негізгі химиялық қасиеттеріне ие және бірдей немесе әртүрлі атомдардан тұратын ең кішкентай бөлшектері.

Егер молекулалар бірдей атомдардан тұрса, онда зат жай немесе элементар деп аталады, мысалы, He, Ar, H 2, O 2, S 4. Қарапайым материя – болмыстың формасы химиялық элементеркін күйде. Егер заттың молекуласы әртүрлі атомдардан тұрса, онда ол зат күрделі (немесе химиялық қосылыс) деп аталады., мысалы, CO, H 2 O, H 3 PO 4.

Заттың химиялық қасиеттері оның химиялық реакцияларға, яғни кейбір заттардың басқа заттарға айналу процестеріне қатысу қабілетін сипаттайды.

Атомдар мен молекулалардың массалары өте аз. Мысалы, жеке атомдардың массалары 10 -24 - 10 -22 г. .

1 аму көміртегі С изотопы атомының массасының 1/12 бөлігін құрайды. 1а.у.м.=1,66053*10 -24 г.

Салыстырмалы атомдық (A r) немесе молекулалық масса (M r) мәні атомның немесе молекуланың массасы С көміртегі изотопы атомының массасының 1/12 бөлігінен қанша есе артық екенін көрсетеді (көміртек атомдық массасы). A r және M r өлшемсіз. A r мәндері элементтердің периодтық жүйесінде D.I. Менделеев элемент белгісінің астында. Сандық жағынан A r және A (amu) сәйкес келеді. Салыстырмалы атомдық массаны біле отырып, граммен көрсетілген атомдық массаны оңай табуға болады. Сонымен, көміртегі-12 атомының г-дегі массасы мынаған тең: 12* 1,66053*10 -24 = 1,992636*10 -23 г. . Молекуланың массасы оның құрамын құрайтын атомдар массаларының қосындысына тең.

Зат мөлшері (n;n) – жүйедегі құрылымдық бірліктердің (атомдар, молекулалар, иондар, эквиваленттер, электрондар және т.б.) саны. Заттың мөлшерінің өлшем бірлігі - моль. Моль - кез келген заттың 1 мольіндегі 12 г көміртегі изотопында қанша атом болса, сонша нақты құрылымдық бірліктерді қамтитын заттың мөлшері біріктіру жағдайы, Авогадро тұрақтысы бар: N A= 6,02*10 23 моль -1.

Заттың мөлшері (n) жүйедегі құрылымдық бірліктердің (атомдар, молекулалар, иондар, эквиваленттер, электрондар және т.б.) санының (N) заттың 1 мольіндегі олардың санына (N A) қатынасына тең. ):

Молярлық масса (M) - заттың массасы (m) оның мөлшеріне (n) қатынасына тең 1 моль заттың массасы:

Молярлық массаның негізгі өлшем бірлігі г/моль (кг/моль). Граммен көрсетілген заттың молярлық массасы сол заттың салыстырмалы молекулалық массасына сан жағынан тең.

Молярлық көлем (V м) – газ тәрізді заттың (V) көлемінің оның мөлшеріне (V) қатынасына тең, 1 моль газ тәрізді зат алатын көлем:

Жоқ. (273,15 К және 101,325 кПа) газ күйіндегі кез келген зат үшін V м = 22,4 л/моль.

Эквивалент (E) — қышқыл-негіздік немесе ион алмасу реакцияларында бір сутегі ионына немесе тотығу-тотықсыздану реакцияларында бір электронға басқаша эквивалентті бола алатын заттың нақты немесе жалған бөлшектері.(OVR). Эквивалент өлшемсіз, оның құрамы молекулалар, атомдар немесе иондардағыдай белгілер мен формулалар арқылы көрсетіледі.

Заттың эквивалентінің формуласын анықтап, дұрыс жазу үшін химиялық формасыАл, біз зат қатысатын нақты реакциядан шығуымыз керек.

Эквивалентті формуланы анықтаудың бірнеше мысалын қарастырайық:

A. 2NaOH+H 2 SO 4 =2H 2 O+Na 2 SO 4.

Процестің қысқаша ион-молекулалық теңдеуі:

2OH - +2H + =2H 2 O.

Бұл ион алмасу реакциясы екі сутегі ионын қамтиды. Бір сутегі ионы үшін:

NaOH+1/2H 2 SO 4 =H 2 O+1/2Na 2 SO 4,

анау. бір сутегі ионына сәйкес келеді: бір молекула NaOH, 1/2 молекула H 2 SO 4, бір молекула H 2 O, 1/2 молекула Na 2 SO 4, сондықтан E(NaOH) = NaOH; E(H 2 SO 4) = 1/2H 2 SO 4; E(H 2 O)=H 2 O; E(Na 2 SO 4) = 1/2Na 2 SO 4.

B. Zn+2HCl=ZnCl 2 +H 2

Тотығу және тотықсыздану процестерінің иондық-электрондық теңдеулері:

Бұл ORR екі электронды қамтиды. Бір электрон үшін:

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

анау. бір электрон Zn атомының 1/2 бөлігіне, бір HСl молекуласына, ZnCl 2 молекуласының 1/2 бөлігіне және H 2 молекуласының 1/2 бөлігіне сәйкес келеді, сондықтан E(Zn) = 1/2Zn; E(HCl) = HCl; E(ZnCl 2) = 1/2ZnCl 2; E(H 2) = 1/2H 2.

Нақты бөлшектің қандай бөлігі бір сутегі ионына немесе бір электронға эквивалент екенін көрсететін сан f e эквиваленттік коэффициенті деп аталады.. Мысалы, қарастырылып отырған реакцияларда f e (Zn) = 1/2, f e (NaOH) = 1.

Тотығу-тотықсыздану реакциялары үшін ұғым қолданылады "эквивалентті сан" (Z), ол тотықтырғыштың бір молекуласымен қосылған немесе тотықсыздандырғыштың бір молекуласымен берілген электрондар санына тең.

Мольдік эквивалент – 6,02*10 23 эквивалентті құрайтын заттың мөлшері. Заттың бір моль эквивалентінің массасы эквивалентті заттың молярлық массасы (M e) деп аталады,г/мольмен өлшенеді және формулалар арқылы есептеледі:

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

мұндағы М – заттың молярлық массасы, г/моль; ν e – зат эквивалентінің мөлшері, моль.

Заттың молярлық массалық эквивалентін есептеу үшін келесі формулаларды қолдануға болады:

1. үшін қарапайым зат:

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

мұндағы M A – берілген зат атомдарының молярлық массасы; B - атомның валенттілігі, мысалы, M e (Al) = 27/3 = 9 г/моль.

2. Күрделі зат үшін:

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

мұндағы В – функционалдық топтың валенттілігі; n – зат молекуласының формуласындағы функционалдық топтардың саны.

Қышқылдар үшін функционалдық топсутегі ионы, негіздер үшін – гидроксил ионы, тұздар үшін – металл ионы, оксидтер үшін – оксид түзуші элемент.

M e қышқыл = М қышқылы / қышқылдың негіздігі.

Қышқылдың негізділігі қышқыл молекуласының негізмен әрекеттесу кезінде бөлетін протондар санымен анықталады..

Мысалы, M e (H 2 SO 4) = 98/2 = 49 г/моль.

Негіздің M e = негіздің M / негіздің қышқылдығы.

Негіздің қышқылдығы қышқылмен әрекеттескенде негіз молекуласына қосылатын протондар санымен анықталады.

Мысалы, M e (NaOH) = 40/1 = 40 г/моль.

M e тұз = М тұз / (металл атомдарының саны * металл валенттілігі).

Мысалы, M e (Al 2 (SO 4) 3) = 342/(2*3) = 57 г/моль.

M e оксиді = М оксиді / (оксид түзуші элемент атомдарының саны * элементтің валенттігі).

Мысалы, M e (Al 2 O 3) = 102/(2*3) = 17 г/моль.

Жалпы алғанда, химиялық қосылыстардың молярлық массалық эквиваленті оның құрамдас бөліктерінің молярлық массалық эквиваленттерінің қосындысына тең.

3. Тотықтырғыш, тотықсыздандырғыш үшін:

мұндағы Z – эквивалентті сан (Z=1/f e).

Белгілі болғандай, қалыпты жағдайда кез келген газдың мольі (Т=273,15 К, Р=101,325 кПа немесе 760 мм рт.ст.) 22,4 литрге тең көлемді алады; бұл көлемді молярлық көлем V m деп атайды, осы мәнге сүйене отырып, қалыпты жағдайда бір моль газ эквивалентінің көлемін есептеуге болады. Мысалы, сутегі E(H 2) = 1/2H 2 үшін сутегінің мольдік эквиваленті оның молекулалар мольінен екі есе аз, сондықтан сутегінің бір моль эквивалентінің көлемі де оның молярлық көлемінен екі есе аз: 22,4 л/2 = 11, 2 л. Оттегі үшін E(O 2) = 1/4 O 2, демек бір моль оттегі эквивалентінің көлемі оның молярлық көлемінен төрт есе аз: 22,4 л/4 = 5,6 л.

Жалпы: V e =f e *V m; V e = V/ .

Химияның негізгі заңдары

1. Заттардың массасының сақталу заңы(М.В. Ломоносов; 1756):

реакцияға түскен заттардың массасы реакция нәтижесінде түзілген заттардың массасына тең.

2. Композицияның тұрақтылық заңы.

Әртүрлі формулалары бар:

Қосылыстардың молекулалық құрылымының құрамы дайындау әдісіне қарамастан тұрақты (дәлірек заманауи тұжырымы);

- кез келген күрделі зат, оның жасалу әдісіне қарамастан, тұрақты сапалық және сандық құрамға ие;

Берілген қосылысты құрайтын элементтердің массалары арасындағы қатынас тұрақты және бұл қосылысты алу әдісіне байланысты емес.

3. Көбейту заңы(Дальтон, 1803):

егер екі элемент бір-бірімен бірнеше химиялық қосылыстар түзетін болса, онда осы қосылыстарға түсетін элементтердің біреуінің массалары екіншісінің бірдей массасына бір-бірімен кіші бүтін сандар ретінде қатысты болады.

Заң элементтердің қосылыстарға белгілі бір бөліктерде ғана кіретінін куәландырды және атомдық идеяларды растады. Қосылысқа түсетін элементтің ең аз мөлшері атом болып табылады. Демек, қосылысқа бөлшек емес атомдардың бүтін саны ғана кіре алады. Мысалы, CO 2 және CO оксидтеріндегі C:O массалық қатынасы 12:32 және 12:16. Демек, СО 2 және СО құрамындағы көміртегінің тұрақты массасына байланысты оттегінің массалық қатынасы 2:1 құрайды.

4. Көлемдік қатынастар заңы(Гей-Люссак заңы):

Әрекеттесетін газдардың көлемдері бір-біріне және нәтижесінде пайда болатын газ тәрізді реакция өнімдерінің көлемдеріне кіші бүтін сандар ретінде жатады.

5.Авогадро заңы( 1811) :

Бірдей температурада және бірдей қысымда алынған кез келген газдың бірдей көлемдерінде бірдей молекулалар саны болады.Авогадро тұрақтысы N A = 6,02*10 23 моль -1 – заттың бір мольіндегі құрылымдық бірліктердің саны.

Авогадро заңының қорытындысы:

A) белгілі бір температура мен қысымда газ күйіндегі кез келген заттың 1 моль бірдей көлемді алады;

б) жоқ. (273,15 К және 101,325 кПа) кез келген газдың молярлық көлемі (V м) 22,4 л моль.

6. Идеал газ күйінің теңдеуі – Менделеев-Клапейрон:

мұндағы P – газ қысымы, Па; V – газ көлемі, м3; m – заттың массасы, г; М – оның молярлық массасы, г/моль; T – абсолютті температура, К; R – 8,314 Дж/моль*К тең әмбебап газ тұрақтысы.

7. Парциалды қысымдар заңы(Дальтон заңы):

Бір-бірімен химиялық әрекеттеспейтін газдар қоспасының қысымы қоспаны құрайтын газдардың парциалды қысымдарының қосындысына тең..

8. Эквиваленттер заңы.

Оның бірнеше формуласы бар:

1) реакцияға қатысатын заттардың массалары оларға пропорционал молярлық массаларэквивалент:

м 1 / м 2 = M E1 / M E2 = ...;

2) барлық заттар бір-бірімен эквивалентті мөлшерде әрекеттеседі,анау. реакцияға қатысатын эквивалентті заттардың мольдерінің саны бір-біріне тең:

ν e1 =ν e2 = …;

m 1 / M E1 = m 2 / M E2 =…. .

3) ерітіндіде әрекеттесетін заттар үшін, эквиваленттер заңыбылай жазылған:

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

мұндағы SE 1, SE 2 қалыпты концентрациялар немесе бірінші және екінші ерітінділердің эквивалентінің молярлық концентрациясы, моль/л; V 1 және V 2 – әрекеттесетін ерітінділердің көлемдері, л.

IN қазіргі әлемМыңдаған әртүрлі ғылымдар, оқу пәндері, бөлімдер және басқа да құрылымдық байланыстар бар. Дегенмен, барлығының ішінде адамға және оны қоршаған барлық нәрсеге тікелей қатыстылар ерекше орын алады. Бұл жаратылыстану ғылымдарының жүйесі. Әрине, барлық басқа пәндер де маңызды. Бірақ бұл топ ең ежелгі шыққан, сондықтан адамдар өмірінде ерекше мәнге ие.

Жаратылыстану ғылымдары дегеніміз не?

Бұл сұрақтың жауабы қарапайым. Бұл адамды, оның денсаулығын, сонымен бірге бүкіл қоршаған ортаны зерттейтін пәндер: жалпы топырақ, кеңістік, табиғат, барлық тірі және жансыз денелерді құрайтын заттар, олардың өзгеруі.

Жаратылыстану ғылымдарын зерттеу адамдарды ерте заманнан қызықтырды. Аурудан қалай құтылуға болады, ағзаның ішінен неден тұрады және олар неден тұрады, сондай-ақ миллиондаған ұқсас сұрақтар - адамзатты оның пайда болуының басынан бастап қызықтыратын нәрсе. Қарастырылып отырған пәндер оларға жауап береді.

Сондықтан жаратылыстану ғылымдары дегеніміз не деген сұраққа жауап анық. Бұл табиғатты және барлық тіршілік иелерін зерттейтін пәндер.

Классификация

Жаратылыстану ғылымдарына жататын бірнеше негізгі топтар бар:

1. Химиялық (аналитикалық, органикалық, бейорганикалық, кванттық, органоэлементтік қосылыстар).
2. Биологиялық (анатомия, физиология, ботаника, зоология, генетика).
3. химия, физика-математика ғылымдары).
4. Жер туралы ғылымдар (астрономия, астрофизика, космология, астрохимия,
5. Жер қабықтары туралы ғылымдар (гидрология, метеорология, минералогия, палеонтология, физикалық география, геология).

Мұнда тек негізгі жаратылыстану ғылымдары берілген. Дегенмен, олардың әрқайсысының өз бөлімшелері, салалары, қосалқы және қосалқы пәндері бар екенін түсіну керек. Ал егер олардың барлығын бір бүтінге біріктіретін болсақ, онда жүздеген бірліктермен нөмірленетін тұтас табиғи ғылымдар кешенін алуға болады.

Дегенмен, оны үшке бөлуге болады үлкен топтарпәндер:

• қолданбалы;
• сипаттамалық;
• дәл.

Пәндер арасындағы өзара әрекеттестік

Әрине, ешбір тәртіп басқалардан бөлек өмір сүре алмайды. Олардың барлығы бір-бірімен тығыз үйлесімді әрекеттесіп, біртұтас кешенді құрайды. Мысалы, физика негізінде құрастырылған техникалық құралдарды қолданбай, биологияны білу мүмкін емес еді.

Сонымен қатар, химияны білмей тірі жандардың ішіндегі өзгерістерді зерттеу мүмкін емес, өйткені әрбір организм орасан жылдамдықпен жүретін реакциялардың тұтас фабрикасы болып табылады.

Жаратылыстану ғылымдарының өзара байланысы әрқашан бақыланып отырады. Тарихи тұрғыдан олардың бірінің дамуы екіншісінде қарқынды өсу мен білімнің жинақталуына әкелді. Жаңа жерлер игеріле бастаған бойда аралдар мен жер учаскелері ашылды, зоология мен ботаника бірден дамыды. Өйткені, жаңа мекендеу орындарын (барлығы болмаса да) адамзат баласының бұрын белгісіз өкілдері мекендеген. Сонымен география мен биология бір-бірімен тығыз байланысты.

Астрономия және онымен байланысты пәндер туралы айтатын болсақ, олардың арқасында дамығанын атап өтпеу мүмкін емес. ғылыми жаңалықтарфизика, химия саласында. Телескоптың дизайны негізінен осы саладағы жетістіктерді анықтады.

Осыған ұқсас мысалдарды келтіруге болады. Олардың барлығы бір үлкен топты құрайтын барлық жаратылыстану пәндерінің арасындағы тығыз байланысты бейнелейді. Төменде жаратылыстану ғылымдарының әдістерін қарастырамыз.

Зерттеу әдістері

Қарастырылып отырған ғылымдар қолданатын зерттеу әдістеріне тоқталмас бұрын, олардың зерттеу объектілерін анықтау қажет. Олар:

• Адам;
• өмір;
• Ғалам;
• зат;
• Жер.

Бұл объектілердің әрқайсысының өзіндік ерекшеліктері бар және оларды зерттеу үшін сол немесе басқа әдісті таңдау қажет. Олардың ішінде, әдетте, келесілер бөлінеді:

1. Бақылау - дүниені танудың ең қарапайым, тиімді және ежелгі әдістерінің бірі.
2. Эксперимент химия ғылымдарының және көптеген биологиялық және физикалық пәндердің негізі болып табылады. Нәтижені алуға және оны қорытынды жасау үшін пайдалануға мүмкіндік береді
3. Салыстыру – бұл әдіс белгілі бір мәселе бойынша тарихи жинақталған білімді пайдалануға және оны алынған нәтижелермен салыстыруға негізделген. Талдау негізінде объектінің жаңашылдығы, сапасы және басқа да сипаттамалары туралы қорытынды жасалады.
4. Талдау. Бұл әдіс математикалық модельдеуді, жүйелеуді, жалпылауды және тиімділікті қамтуы мүмкін. Көбінесе бұл бірқатар басқа зерттеулерден кейінгі соңғы нәтиже.
5. Өлшеу – тірі және жансыз табиғаттың нақты объектілерінің параметрлерін бағалау үшін қолданылады.

Сонымен қатар физикада, химияда, медицинада, биохимияда және генетикалық инженерия, генетика және т.б маңызды ғылымдар. Бұл:

• электронды және лазерлік микроскопия;
• центрифугалау;
• биохимиялық талдау;
• Рентгендік құрылымдық талдау;
• спектрометрия;
• хроматография және т.б.

Әрине, бұл толық тізім емес. Ғылыми білімнің кез келген саласында жұмыс істеуге арналған көптеген әртүрлі құрылғылар бар. Барлығына қажет жеке көзқарас, яғни өзіміздің әдіс-тәсілдер жиынтығы қалыптасады, құрал-жабдықтар мен жабдықтар таңдалады.

Жаратылыстанудың қазіргі мәселелері

Қазіргі даму кезеңіндегі жаратылыстану ғылымының негізгі мәселелері жаңа ақпаратты іздеу, теориялық білім қорын неғұрлым терең, бай форматта жинақтау болып табылады. 20 ғасырдың басына дейін қарастырылып отырған пәндердің негізгі мәселесі гуманитарлық ғылымдарға қарсылық болды.

Алайда, адамзат адам, табиғат, ғарыш және басқа да заттар туралы білімді меңгеруде пәнаралық интеграцияның маңыздылығын түсінгендіктен, бүгінгі күні бұл кедергі өзекті емес.

Енді жаратылыстану циклінің пәндерінің алдында басқа міндет тұр: табиғатты қалай сақтау және оны адамның өзінің және оның шаруашылық қызметінің ықпалынан қалай қорғау керек? Ал мұндағы мәселелер ең өзекті болып табылады:

• қышқылды жаңбыр;
• Парниктік эффект;
• озон қабатының бұзылуы;
• өсімдіктер мен жануарлар түрлерінің жойылуы;
• ауаның ластануы және т.б.

Биология

Көп жағдайда «Жаратылыстану ғылымдары дегеніміз не?» деген сұраққа жауап ретінде Бірден есіме түседі – биология. Бұл ғылыммен байланысы жоқ адамдардың көпшілігінің пікірі. Және бұл мүлдем дұрыс пікір. Өйткені, биология болмаса, табиғат пен адамды тікелей және өте тығыз байланыстыратын не?

Бұл ғылымды құрайтын барлық пәндер тірі жүйелерді, олардың бір-бірімен және қоршаған ортамен әрекеттесуін зерттеуге бағытталған. Сондықтан биологияның жаратылыстану ғылымдарының негізін салушы болып саналуы әбден қалыпты жағдай.

Сонымен қатар, бұл ең көнелердің бірі. Өйткені, адамның өзіне, денесіне, айналасындағы өсімдіктер мен жануарларға, ол адаммен бірге пайда болды. Бұл пәнмен генетика, медицина, ботаника, зоология және анатомия тығыз байланысты. Бұл салалардың барлығы тұтастай биологияны құрайды. Олар бізге табиғаттың, адамның және барлық тірі жүйелер мен ағзалардың толық бейнесін береді.

Химия және физика

Денелер, заттар және табиғат құбылыстары туралы білімдерді дамытудағы бұл іргелі ғылымдар биологиядан кем түспейді. Олар да адамның дамуымен, оның әлеуметтік ортада қалыптасуымен бірге дамыды. Бұл ғылымдардың негізгі міндеттері жансыз және тірі табиғаттың барлық денелерін оларда болып жатқан процестер, олардың қоршаған ортамен байланысы тұрғысынан зерттеу болып табылады.

Сонымен, физика қарастырады табиғат құбылыстары, механизмдері мен олардың пайда болу себептері. Химия заттар және олардың өзара түрленуі туралы білімге негізделген.

Бұл жаратылыстану ғылымдары.

Геология

Соңында біз өз үйіміз туралы көбірек білуге ​​​​мүмкіндік беретін пәндерді тізімдейміз, оның аты Жер. Оларға мыналар жатады:

• геология;
• метеорология;
• климатология;
• геодезия;
• гидрохимия;
• картография;
• минералогия;
• сейсмология;
• топырақтану;
• палеонтология;
• тектоника және т.б.

Барлығы шамамен 35 түрлі пәндер бар. Олар бірге біздің планетамызды, оның құрылымын, қасиеттері мен ерекшеліктерін зерттейді, бұл адам өмірі мен экономикалық дамуына өте қажет.

Бізді қоршап тұрған әр алуан әлем мәселе, ол екі түрде көрінеді: заттар мен өрістер. Затөзіндік массасы бар бөлшектерден тұрады. Өріс– энергиямен сипатталатын материяның өмір сүру формасы.

Заттың қасиеті қозғалыс. Зат қозғалысының формаларын әртүрлі жаратылыстану ғылымдары зерттейді: физика, химия, биология және т.б.

Бір жағынан ғылымдар мен екінші жағынан материяның қозғалыс формалары арасында бірегей, қатаң сәйкестік бар деп ойлауға болмайды. Жалпы материя қозғалысының басқа формалардан бөлек таза түрінде болатын формасы жоқ екенін есте ұстаған жөн. Осының барлығы ғылымдарды жіктеудің қиындығын көрсетеді.

X атызаттардың сапалық өзгеруі деп түсінілетін зат қозғалысының химиялық түрін зерттейтін ғылым ретінде анықтауға болады: Химия заттардың құрылысын, қасиеттерін және түрленуін зерттейді.

TO химиялық құбылыстаркейбір заттар басқа заттарға айналатын құбылыстарға жатады. Химиялық құбылыстарбасқаша аталады химиялық реакциялар. Физикалық құбылыстар кейбір заттардың басқа заттарға айналуымен қатар жүрмейді.

Әрбір ғылымның негізінде нақтылық пен адам білімінің табиғаты туралы сұрақтарға алдын ала сенімдердің, іргелі философиялық көзқарастардың және жауаптардың белгілі бір жиынтығы жатыр. Берілген ғылыми қауымдастық мүшелері ортақ сенімдер мен құндылықтардың бұл жиынтығы парадигмалар деп аталады.

Қазіргі химияның негізгі парадигмалары:

1. Заттың атомдық және молекулалық құрылысы

2. Заттың сақталу заңы

3. Электрондық табиғат химиялық байланыс

4. Заттың құрылысы мен оның арасындағы бір мәнді байланыс химиялық қасиеттері (мерзімді заң)

Химия, физика, биология бір қарағанда бір-бірінен алыс ғылымдар болып көрінуі мүмкін. Физиктің, химиктің және биологтың зертханалары әртүрлі болғанымен, бұл зерттеушілердің барлығы табиғи объектілермен айналысады. Бұл жаратылыстану ғылымдарын математикадан, тарихтан, экономикадан және табиғат емес, ең алдымен адамның өзі жасаған нәрселерді зерттейтін көптеген басқа ғылымдардан ерекшеленеді.

Экология жаратылыстану ғылымдарымен тығыз байланысты. Біз экологияны қоршаған ортаны ластайтын классикалық «жаман» химияға қарсы «жақсы» химия деп ойламауымыз керек. «Жаман» химия немесе «жаман» ядролық физика жоқ - ғылыми-техникалық прогресс немесе қызметтің кез келген саласында оның жетіспеушілігі бар. Экологтың міндеті – жаратылыстану ғылымдарының жаңа жетістіктерін максималды тиімділікпен тірі жандардың тіршілік ету ортасын бұзу қаупін азайту үшін пайдалану. Тәуекел-пайда балансы экологтардың зерттеу пәні болып табылады.

Жаратылыстану ғылымдарының арасында қатаң шекара жоқ. Мысалы, атомдардың жаңа түрлерінің қасиеттерін ашу және зерттеу бір кездері химиктердің міндеті деп саналды. Дегенмен, қазіргі кезде белгілі атом түрлерінің кейбірін химиктер, ал кейбірін физиктер ашқан болып шықты. Бұл физика мен химия арасындағы «ашық шекаралардың» көптеген мысалдарының бірі ғана.

Тіршілік – химиялық өзгерістердің күрделі тізбегі. Барлық тірі организмдер қоршаған ортадан кейбір заттарды сіңіріп, басқаларын шығарады. Бұл дегеніміз, күрделі биолог (ботаник, зоолог, дәрігер) химияны білмей жұмыс істей алмайды.

Кейінірек физикалық және химиялық өзгерістер арасында абсолютті нақты шекара жоқ екенін көреміз. Табиғат біртұтас, сондықтан адам білімінің бір саласына ғана үңілу арқылы бізді қоршаған дүниенің құрылымын түсіну мүмкін емес екенін әрқашан есте ұстауымыз керек.

«Химия» пәні басқа жаратылыстану пәндерімен пәнаралық байланыс арқылы байланысты: алдыңғылары – математика, физика, биология, геология және басқа да пәндермен.

Қазіргі заманғы химиякөптеген ғылымдардың тармақталған жүйесі: бейорганикалық, органикалық, физикалық, аналитикалық химия, электрохимия, биохимия, оларды студенттер келесі курстарда игереді.

Химия курсын білу басқа жалпы ғылыми және арнайы пәндерді табысты оқу үшін қажет.

1.2.1-сурет – Жаратылыстану ғылымдары жүйесіндегі химияның орны

Зерттеу әдістерінің, ең алдымен эксперименттік әдістердің жетілдірілуі ғылымның барған сайын тар салаларға бөлінуіне әкелді. Нәтижесінде, саны мен «сапасы», яғни. ақпараттың сенімділігі артты. Алайда, бір адамның иеленуі мүмкін емес толық білімтіпті көрші үшін ғылыми салаларжаңа проблемаларды тудырды. Әскери стратегияда қорғаныс пен шабуылдың ең осал тұстары майдандардың түйіскен жерінде болатыны сияқты, ғылымда біржақты жіктеуге болмайтын салалар нашар дамыған салалар болып қала береді. Басқа себептермен қатар, тиісті біліктілік деңгейін алудың қиындығын атап өтуге болады ( ғылыми дәреже) «ғылымдар торабындағы» салаларда жұмыс істейтін ғалымдарға арналған. Бірақ біздің заманымыздың негізгі жаңалықтары да сонда жасалады.