|
Содержание
Химия — наука о превращениях молекул
Что изучает современная химия? На первый взгляд может показаться, что ответить на этот вопрос очень легко, Действительно, химия — это наука о веществах и их взаимопревращениях. Однако попробуем проанализировать такое определение. Во-первых, о том, какие бывают вещества. Вот, например, гидроксид алюминия и основной карбонат меди. Эти вещества весьма интересны геологам, поскольку являются основой минералов боксита и малахита соответственно. Из первого минерала получают алюминий, второй — прекрасный поделочный камень, А такие вещества, как пенициллин или гемоглобин, интересуют, помимо химиков, также и медиков, и биологов. Далее: какие могут быть превращения веществ? Лед превращается в воду, гелий I переходит в сверхтекучий гелий II. Эти превращения веществ ни в коей мере не интересуют химика, Они — предмет забот физика, ведь не зря температуру плавления вещества относят к физическим свойствам. А что же такое химические свойства? Это способность вещества вступать в реакцию с каким-то другим веществом. Химическая же реакция — это процесс превращения одних молекул в другие. При таких превращениях разрушаются только молекулы (которые составлены из атомов); сами же атомы не изменяются. Дело в том, что процессы взаимопревращений атомов исследуются уже не химией, а физикой, точнее, атомной и ядерной физикой. А как мы уже отмечали, превращения веществ, в которых не происходит разрушения ни атомов, ни молекул, также изучаются физикой. Вот и выходит, что физика как бы окружает химию с двух сторон — и «снизу» (атомный уровень), и «сверху» (надмолекулярный уровень). Тут нужно сделать два замечания. Сами вещества в нереагирующем состоянии, их строение, структура все меньше и меньше интересуют современных химиков. Конечно, еще остались нерешенные вопросы в этой области, однако их решение входит уже в круг интересов физиков. И второе: существует немало пограничных между физикой и химией разделов, когда химические процессы изучаются с помощью физики, и наоборот — когда физическими, в общем-то, явлениями занимаются химики. Например, на химический процесс, на элементарный акт взаимодействия двух или нескольких молекул можно посмотреть глазами физика. Вот такой раздел науки, занимающийся физикой химического превращения, называется химической физикой. С другой стороны, физические свойства сгустков многих молекул в растворе, называемых коллоидами, входят в компетенцию коллоидной химии, являющейся разделом физической химии. И химическая физика, и физическая химия изучают свойства буквально всех типов веществ. Классификация разделов этих наук основывается или на методах стимулирования химических реакций (например, электрохимия, фотохимия, радиационная химия) или на способах изучения соединений и процессов (например, магнитная и оптическая спектроскопия, кинетические методы и т. д.). Но существует и другая классификация разделов химии, которая принимает в расчет типы веществ, изучаемых данной областью. Все вещества делят на неорганические и органические. Органические соединения — это различные производные углеводородов, они обязательно содержат углерод. Неорганические соединения — это вещества, молекулы которых содержат любые другие элементы в любых сочетаниях. Поскольку атомы углерода обладают уникальной способностью соединяться в цепи, кольца и разные другие фигуры, и так, что одна молекула может состоять из сотни углеродных атомов, не удивительно, что веществ, содержащих углерод, известно во много раз больше, чем соединений неорганических. Органические соединения интересны тем, что они составляют основу живых организмов. Изучением веществ и процессов, происходящих в организмах, занимается биохимия. А в последние десятилетия возникла еще наука биоорганическая химия, которая смотрит на все реакции, протекающие в клетке, глазами химика-органика. В живом организме важнейшие функции выполняют ионы различных металлов, которые, связываясь с органическими молекулами, образуют биологические катализаторы (ферменты), переносчик кислорода — гемоглобин и другие нужные вещества. Исследованием таких соединений занимается очень молодая наука, именуемая бионеорганической химией. Известны и другие пограничные области химии, связывающие ее с биологией, с медициной, с сельским хозяйством,— это фармацевтическая, токсикологическая химия, агрохимия. Необходимо упомянуть еще об одной очень важной области науки — о химии высокомолекулярных соединений, полимеров. Молекулы этих соединений — как органических, так и неорганических — составлены из большого и неопределенного числа одинаковых звеньев. Мы очень кратко рассказали об одной из философских проблем химии — о предмете этой науки, о взаимоотношении химии с физикой. Надо заметить, что ученые до сих пор не пришли к общему мнению о том, что же считать предметом химии. Более подробно о философских вопросах современной химической науки можно прочитать, например, в книгах и статьях [1] (см. список литературы в конце книги). Мы перечислили некоторые (далеко не все) разделы, области современной химии. О различных отраслях химии, о наиболее важных понятиях, веществах, методах этой науки — наш дальнейший рассказ.
Об авторе
 Шульпин Георгий Борисович Доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Института химической физики имени Н. Н. Семенова Российской академии наук. Окончил химический факультет МГУ имени М. В. Ломоносова. Защитил кандидатскую диссертацию по металлоорганической химии под руководством академика А. Н. Несмеянова в московском Институте элементоорганических соединений Академии наук СССР. С 1978 г. работает в ИХФ имени Н. Н. Семенова РАН. Области научных интересов: катализ, химия углеводородов, химическое моделирование биологических процессов, металлоорганическая химия. Им была открыта реакция введения иона платины в ядро ароматического соединения, разработан новый метод определения продуктов окисления углеводородов пероксидом водорода и воздухом и предложены новые катализаторы для таких реакций.
Г. Б. Шульпин проводил совместные исследования с коллегами из зарубежных научных институтов и фирм и читал лекции в университетах ряда стран (Бразилия, Великобритания, Германия, Индия, Испания, Италия, Португалия, США, Таиланд, Франция, Чехословакия, Швейцария, Япония). Им опубликовано более 250 научных работ, в том числе монографии и статьи в престижных международных и российских журналах. Кроме того, он известен как автор научно-популярных книг и многочисленных статей в журналах "Наука и жизнь", "Химия и жизнь", "Природа", "Наука в мире", "Химия в школе". Награжден премиями издательств "Знание", "Nauka/Interperiodica (Pleiades Publishing, Inc.)" и "Elsevier" за лучшие публикации. Член Академии наук Лиссабона (Португалия) и редакционных советов международных научных журналов "Journal of Organometallic Chemistry", "Catalysis Communications", "Catalysts", "American Chemical Science Journal", "Advances in Chemical Engineering", "Current Organocatalysis" и др. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||