Предмет и значение химии

ЛЕКЦИЯ 1

Химия является одной из самых обширных областей естествознания.

Общим философским понятием – материя – объединяется вся совокупность объектов окружающего нас мира. Материя – это философская категория, обозначающая реальность, существующую независимо от сознания человека, но познаваемую человеком посредством наблюдения, эксперимента и теоретического исследования. Вещество – одна из основных форм существования материи. Оно представляет собой устойчивое скопление элементарных частиц, обладающих массой покоя. Другая основная форма существования материи – поле – представляет собой поток квантов; важнейшей характеристикой поля является энергия.

Предмет изучения химии – вещества, их свойства, процессы их превращения и явления, которыми эти процессы сопровождаются. Все вещества – это соединения химических элементов, представляющих собой определенные типы атомов. Химические превращения заключаются в том, что из молекул (или кристаллов) веществ посредством их расчленений и новых соединений и перегруппировок, входящих в их состав атомов, образуются молекулы (или кристаллы) новых веществ. В настоящее время насчитывается около семи миллионов различных природных и искусственно получаемых химических соединений.

Многочисленные химические соединения, в том числе и простые вещества (т.е. соединения атомов одного элемента), являются основным объектом изучения химии. Химия изучает состав соединений, их строение, свойства, разрабатывает методы их получения, использования и анализа. Примечательно, что молекулы подавляющего большинства известных химических соединений содержат в своем составе атомы углерода. Соединений, не содержащих углерод, известно лишь немногим более трехсот тысяч. В связи с исключительной многочисленностью соединений углерода, важной их ролью в природе и технике и совершенно отличающимися от других соединений свойствами, химия соединений углерода выделена в самостоятельную область, называемую органической химией. Химия соединений всех остальных элементов, а также учение о взаимосвязи между химическими элементами, является областью неорганической химии. Состав и строение химических соединений и общие закономерности течения химических процессов составляют предмет общей химии. Очевидно, что эти общие представления о строении вещества и о закономерностях химических процессов одинаково важны для всех специальных областей химии.

Значение химии в изучении процессов, протекающих в природе и, в частности, в живых организмах, очень велико. В результате длительных физико-химических процессов в космосе сформировались космические тела, а в недрах Земли образовались залежи угля, торфа, нефти, горючих газов, металлических руд, солей и др. С помощью химии эти залежи используются человечеством, как для непосредственного потребления, так и в роли сырья для производства различных продуктов.

Химические реакции лежат в основе всех жизненных процессов, протекающих в организмах растений и животных. Все продукты жизнедеятельности, как то: целлюлоза, крахмал, сахар, жиры, белки и прочие вещества – получаются из исходных веществ, содержащихся в окружающей среде, – углекислого газа, воды, минеральных солей и пр. Органические вещества растительного происхождения служат пищей для животных. В их организме путем химических превращений эти вещества преобразуются в еще более сложные вещества.

Химические процессы лежат в основе целого ряда важнейших производств, целью которых является получение черных и цветных металлов, основных химических материалов, удобрений, стекла, цементов, нефтепродуктов, резины, бумаги, искусственного волокна, пластических масс и многих других продуктов. Химия играет важную роль не только при изыскании и оценке исходного сырья, но и при разработке рациональных и экономичных способов его использования.

Современное промышленное производство основных химических материалов, как неорганических, так и органических, осуществляется методами химического синтеза. В качестве исходных материалов для осуществления промышленного синтеза в настоящее время широко используются природные газы, например газы атмосферы – азот и кислород, а также залегающие в пластах горючие газы, главной составной частью которых является метан. Кроме того, в качестве исходных веществ для химических производств приобрели очень большое значение газы, получаемые попутно при добыче или первичной обработке полезных ископаемых, например коксовый газ, продукты газификации топлива, бедные сернистые газы, попутные нефтяные газы.

Наряду с изысканием и освоением новых видов массового сырья для химических производств постоянно разрабатываются новые и совершенствуются уже известные технологические процессы в направлении роста выходы продукции, улучшения ее качества и, что очень важно, обеспечения охраны окружающей среды.

Современная техника нуждается в некоторых материалах в исключительно чистом состоянии. Такие материалы необходимы, например, в качестве полупроводников, а также для использования в ядерной технике и для других целей. В связи с этим перед химией встала задача разработать методы сверхтонкой очистки некоторых веществ, а также методы оценки степени очистки. В настоящее время промышленностью освоено производство некоторых сверхчистых материалов с содержанием примесей не выше миллионных долей процента.

В современной технике наряду с широким применением металлов в качестве конструкционных, инструментальных и других материалов используются и неметаллические вещества, как простые (графит, алмаз), так и сложные (оксиды, нитриды, карбиды, полимеры).

Свойства материалов очень сильно зависит от температуры и других условий. Эти зависимости современному инженеру необходимо хорошо знать, поскольку разнообразные машины, приборы, аппараты и сооружения эксплуатируются в условиях широкого диапазона температур, давлений, а иногда и в сильно агрессивных средах.

Поверхность изделий и сооружений из металлов при соприкосновении с окружающей средой подвергаются механическому и химическому воздействию. Разрушение, вызываемое последним, называется коррозией. Потери металла от коррозии огромны, поэтому ее изучение и разработка методов защиты металлов имеют особенно важное значение.

При помощи химии в настоящее время решается важная задача по расширению ассортимента и увеличению выпуска синтетических материалов. Так, цветные металлы часто с успехом могут быть заменены пластмассами, которые в ряде случаев являются самостоятельными конструкционными материалами. Различные синтетические материалы используются в процессах механической технологии – клеи, смазочные материалы, смазочно-охлаждающие жидкости, литейные оболочковые формы, крепители и т.д. Применение синтетических материалов в промышленности приводит к упрощению технологических процессов, уменьшению веса и повышению химической стойкости машин и изделий.

Химия в последнее время стала играть весьма значительную роль и в самих технологических процессах машиностроения. Наряду с чисто механическими методами обработки металлов в технологию внедряются химические и электрохимические процессы. Благодаря электрохимической обработке металлических изделий достигаются их высокая точность и чистота их поверхности. Значительно шире используются сварка и пайка, которые являются сложными физико-химическими процессами. В классических технологических методах обработки металлов, какими являются литье, ковка, штамповка и прокат, химия также стала играть весьма значительную роль, поскольку осуществление этих методов в широком диапазоне температур, давлений, составов среды и прочих условий осложняется параллельно текущими физико-химическими процессами, которые необходимо тщательно регулировать.

В России, в состав которой входила Беларусь, уже в XVIII в. химическая промышленность была представлена довольно широко развитой выплавкой чугуна с применением в качестве восстановителя древесного угля, производством стали, высокое качество которой пользовалось заслуженным признанием, переработкой древесины с получением различных продуктов, соляными и другими промыслами. В становлении промышленности в России того времени большую роль сыграли труды Михаила Васильевича Ломоносова (1711 – 1765), которые явились и основополагающими для химии как науки. Добыча и переработка горючих ископаемых были слабо развиты, хотя в XIX в. Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834 – 1907) и другими учеными велись работы по изысканию целесообразных способов переработки нефти и использованию ее как химического сырья.

С первых лет своего существования советское государство уделяло исключительно большое внимание созданию и развитию отечественной химической промышленности, надежному обеспечению ее различными видами природного сырья, энергией, научно-технической базой и кадрами высококвалифицированных специалистов.

В течение первых пятилеток до начала Отечественной войны были расширены и реконструированы многие действовавшие предприятия и построены новые крупные заводы и комбинаты.

Развитие химической промышленности послевоенного периода характеризуется непрерывным увеличением объемов производства за счет ввода новых мощностей, а также расширения ассортимента продуктов основной химической промышленности. Наиболее быстрыми темпами развиваются производства продуктов органического синтеза – растворителей, пластификаторов, антидетонаторов, антисептиков, моющих средств, консервирующих препаратов, ядохимикатов, флотирующих реагентов и др. Расширилось производство анилинокрасочных, химико-формацевтических, лакокрасочных и других продуктов. Возникла и развилась промышленность некоторых видов синтетических волокон, синтетических смол, кремнийорганических соединений, пластических масс, пленочных материалов, разных видов синтетического каучука.

Географическое размещение предприятий химической промышленности осуществляется в соответствии с государственными интересами. Химические производства создаются на основе современной техники.

Существенно возросла роль химии в сельском хозяйстве. Значительно увеличилось производство концентрированных удобрений. Получены и выпускаются новые, более эффективные средства борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных растений.

Велика роль химии в техническом прогрессе машиностроения, приборостроения, электротехники, легкой промышленности, строительной индустрии и т.п., так как разумная замена цветных и черных металлов в отдельных узлах и деталях изделий полимерными материалами и пластмассами не только дает большой экономический эффект, но и способствует в ряде случаев совершенствованию конструкций, повышению качества, надежности и долговечности машин, оборудования и товаров широкого потребления. Развитие химии обеспечивает также возможность дальнейшей индустриализации строительства за счет применения синтетических химических продуктов в промышленности строительных материалов. Благодаря производству синтетических продуктов стало возможным сократить до минимума или полностью прекратить расходование пищевых продуктов для технических целей.

Значение химии в народном хозяйстве не ограничивается изготовлением химической продукции в необходимых количествах и ассортименте.

В народнохозяйственном комплексе бывшего СССР на территории Беларуси сложилась мощная химическая и нефтеперерабатывающая промышленность. Этому способствовали открытие богатых запасов калийных солей в Минской области, нефтяных месторождений Гомельской области, разветвленная сеть железных и автомобильных дорог, наличие магистральных газо- и нефтепроводов, достаточно мощных источников водоснабжения, а также квалифицированных кадров, свободных трудовых ресурсов и др.

Химические гиганты выросли по всей территории Беларуси – «Полимир» в Новополоцке, «Беларуськалий» в Солигорске, «Химволокно» в Могилеве, нефтеперерабатывающий завод в Мозыре, «Азот» в Гродно и др.

Внедрение химии в различные отрасли и опережающие темпы роста химической промышленности, т. е. химизация народного хозяйства, имеет важное экономическое и экологическое значение.

Республика Беларусь, расположенная в центре Европы, является крупных транспортным комплексом, обеспечивающим перевозки разнообразных грузов в разных направлениях и различными видами транспорта. При этом РБ ввозит для себя значительную часть сырьевых и энергоресурсов, экспортируя продукты нефтепереработки, минеральные удобрения и прочие грузы.

Инженеры транспортных специальностей на практике имеют дело с грузами различных категорий опасности.

При хранении, погрузке, выгрузке и транспортировке химических веществ, составляющих опасные грузы, могут возникнуть аварийные ситуации с различными последствиями, профилактика которых базируется на знании химии.

Дата добавления: 2014-01-13