С течением времени неучтенное расхождение между календарным и тропическим годом накапливалось, и действительное начало весны (равенство дня с ночью) все больше расходилось с календарным годом. В ХIV веке это расхождение уже превысило 7 дней, и встал вопрос об исправлении календаря. В 1582 году Папа Григорий ХIII утвердил новый календарь, который используется и поныне. Он известен как григорианский или новый стиль.
При введении григорианского календаря день, следующий после четверга 4 октября 1582 года стал считаться пятницей 15 октября того же года. Это позволило исправить накопленное расхождение в счете дней. Согласно новому календарю, високосными считаются 97 из каждых 400 лет, а не 100, как это было принято в юлианском календаре. Не считаются високосными года, оканчивающиеся на два нуля и которые не делятся на 400 (2000 год был високосным, а 2100 – им не будет). В григорианском календаре расхождение в сутки накапливается уже за 3280 лет.
Сейчас предложено несколько проектов новых календарей. Так, например, в «стабильном» год делится на 12 месяцев по 30 дней в каждом. В месяце выделяется 5 шестидневных недель. Каждый квартал состоит из 90 дней, причем все дни недели приходятся на одни и те же числа месяцев. Для согласования этого календаря с солнечным годом в конце каждого квартала вставляются праздничные дни. В обычном году их 5, в високосном – 6 (День весны, День лета, День лета, День осени, День зимы, День мира и дружбы народов, День високосного года).
7. ХИМИЯ И ЕЕ РОЛЬ В РАЗВИТИИЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫХ ЗНАНИЙ
Как было показано на предыдущих лекциях, наши знания о природе накапливаются и развиваются не хаотично, а в строгом порядке. При этом можно от чисто “физических” представлений об элементарных частицах (электронах, нейтронах, протонах, квантах) вывести представления об объектах химии - атомах, их естественной классификации - Периодической системе химических элементов, а далее и о наборе “строительных блоков” живого организма. Сегодня мы продолжаем знакомство с теми скрытыми связями, которые создают органическое единство всех физических, химических и биологических явлений.
Химия - одна из фундаментальных естественных наук, изучающих материальный мир во всем многообразии его существования и превращений. Она играет исключительно важную роль во всех сферах деятельности человека. До сих пор справедливы пророческие слова М.В.Ломоносова, сказанные им более двух веков назад: “Широко простирает химия руки свои в дела человеческие, и куда ни бросишь взор, видишь плоды ее прилежания”. Человек ежедневно осуществляет химические реакции в процессе намыливания рук, чистке зубов, приготовлении пищи, стирке белья и т.д. Современного человека повсюду окружают приготовленные на химических предприятиях материалы.
7.1 Химия - как система знаний о веществах и их превращениях
Современное определение химии следующее.
Химия - это наука, изучающая свойства и превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава и строения.
В настоящее время насчитывается около 10 млн. веществ. Из них 96 % - органические соединения. Около 300 тыс. составляют неорганические соединения.
Вещества делятся на простые и сложные. Простые вещества можно рассматривать как форму существования элементов в природе. Известно около 400 простых веществ, являющихся различными аллотропными формами 110 элементов. (Аллотропия - способность одного элемента существовать в виде различных простых веществ. Например, кислород и озон, графит и алмаз и др. Сложные вещества - форма существования соединений в природе.
Все известные на настоящий день вещества можно классифицировать в соответствии со следующей схемой.
Основная задача химии - создавать вещества с заранее заданными физическими, химическими, механическими свойствами, разрабатывать новые химические технологии и усовершенствовать старые. Эта задача может быть решена только на основе знаний способов управления свойствами веществ, на реализацию чего направлена научно-исследовательская деятельность. В настоящее время химия представляет собой высокоупорядоченную, постоянно развивающуюся систему знаний. Важнейшими теоретическими направлениями химической науки теснейшим образом связанными между собой являются: учение о строении вещества, учение о направленности химических процессов, учение о скорости и механизме химических процессов, учение о периодическом изменении свойств элементов и их соединений.
Вся история химии, все ее развитие является закономерным процессом способов решения ее основной задачи. В различные исторические эпохи задачи химии решались поразному.
Период алхимии характеризовался накоплением фактического материала о получении и свойствах веществ. Это был исторически закономерный подготовительный этап к возникновению химии как науки. Накопление химических знаний приводило к необходимости их классификации и систематизации. Основоположником системного подхода в химии стал Д.И.Менделеев.
Под Системой химии мы понимаем единую целостность всех химических знаний, которые появляются и существуют не порознь друг от друга, но в тесной взаимосвязи.
В настоящее время всю необозримую картину современной химии в состоянии объяснить четыре концептуальные системы химических знаний. Их можно показать следующим образом.
Рисунок показывает, что в развитии химии происходило последовательное появление концептуальных систем, причем каждая новая возникала на основе научных достижений предыдущей, опиралась на нее и включала ее в себя в преобразованном виде.
7.2 Проблема элементного и молекулярного состава
Преобразования в области производства, происшедшие в эпоху Возрождения, наряду с прогрессивными изменениями в экономической и политической жизни, вызвали коренные преобразования и в области естествознания.
Первый по настоящему действенный способ решения проблемы химического элемента появился во второй половине XVII века в работах английского ученого Роберта Бойля. В книге “Химик-скептик” Бойль впервые дает правильное толкование понятию химического элемента, как предела химического разложения веществ.
Однако химики в то время еще не знали ни одного химического элемента. Фосфор был открыт в 1669 г. и повторно в 1680 г., кобальт - в 1735 г., никель - в 1751 г., водород - в 1766 г., фтор - в 1771 г., азот — в 1772 г., хлор и марганец — в 1774 г. Кислород был открыт одновременно в Швеции, Англии и Франции в 1772—1776 гг.
В этих условиях широкое распространение в химии получила теория флогистона, которая основана на убеждении, что все горючие вещества богаты особым горючим веществом - флогистоном, и чем больше флогистона содержит данное тело, тем более оно способно к горению. То, что остается после завершения горения, флогистон не содержит и поэтому гореть не может.
Открыв кислород и установив его роль в образовании кислот, оксидов и воды, Лавуазье отверг ложную теорию флогистона и создал принципиально новую кислородную теорию химии.
Благодаря работам Лавуазье, Ломоносова, Дальтона, Авогадро и др. ученых были обнаружены количественные соотношения в химии и открыты основные стехиометрические законы: закон сохранения массы веществ, закон постоянства состава, закон кратных отношений, закон эквивалентов, газовые законы.
В результате на первом Международном съезде химиков в Карслуэ (Германия, 1860 г.) были сформулированы и приняты основные положения атомно-молекулярной теории:
1. Все вещества состоят из молекул, которые находятся в непрерывном, самопроизвольном движении.
2. Все молекулы состоят из атомов. Атомы и молекулы находятся в непрерывном движении. Атомы представляют собой мельчайшие, далее неделимые составные части молекул.
Таким образом, к концу 1860-х гг. утвердившимся и неоспоримым стало представление о существовании атомов и молекул. Была разработана стройная атомно-молекулярная теория, на которой базировалось естествознание того времени. Основной вклад в развитие этой теории внес М.В.Ломоносов.
В дальнейшем благодаря открытию периодического закона Менделеевым и экспериментальному подтверждению внутреннего строения атомов было дано новое современное определение химическому элементу.
Химический элемент - это определенный вид атомов, характеризуемых одинаковым зарядом ядра.
Во времена Менделеева было известно 62 элемента. В настоящее время их насчитывается 110.
Проблема химического соединения прежде всего заключается в природе химической связи между атомами. Классическое понятие молекулы претерпело изменения в результате раскрытия физической электронной сущности химической связи.
Молекула - это электронейтральная наименьшая совокупность атомов, образующих определенную структуру посредством химических связей.
В результате того, что физика открыла природу химизма как обменного взаимодействия электронов, химия стала принципиально по-новому решать и проблему химического соединения. Химическое соединение определяется как качественно определенное вещество, состоящее из одного или нескольких элементов, атомы которых за счет обменного взаимодействия (химической связи) объединены в частицы — молекулы, комплексы, монокристаллы или иные агрегаты.
Новые вещества широко вовлекаются в производство материалов используемых в производстве. 98,6% массы физически доступного слоя Земли составляют всего восемь химических элементов. Картина их распределения представлена на рис.12. Широкая распространенность кремния (97% массы земной коры составляют силикаты) дает основание утверждать, что силикаты должны стать основным сырьем для производства практически всех строительных материалов и керамики.
Металлы и керамика — два вида материалов, которые на 90% составляют материальную основу условий жизни человечества. Однако металл в производстве обходится в сотни и тысячи раз дороже, чем керамика.