Главная > История > Химия естественная наука. Химия – естественная наука


Химия естественная наука. Химия – естественная наука




Химия – это естественная наука. Как и другие естественные науки она изучает определенную сторону природы и природных явлений. В отличие от других естественных наук, химия уделяет пристальное внимание веществу. Веществом является, например, вода, какой-либо металл, соль, определенный белок.

Многие объекты, которые нас окружают, состоят не из одного, а из множества веществ. Например, живой организм состоит из воды, белков, жиров, углеводов и ряда других веществ. Даже однородные по внешнему виду вещества, могут представлять собой смеси различных веществ (например, растворы).

Наука химия на протяжении истории позволила не только изучить строение и свойства веществ, но и получить новые вещества, которых раньше в природе не было. Это, например, различные пластмассы, органические вещества.

Химия как и математика имеет свой формальный язык. Взаимодействия веществ здесь принято выражать через определенную запись химических реакций, а сами вещества записывать в виде формул.

Химия позволяет объяснить многие изменения в природе. Главный вопрос, на который отвечает химия, – почему одни вещества превращаются в другие?

Наука - одна из важнейших областей человеческой деятельности на современном этапе развития мировой цивилизации. На сегодняшний день существуют сотни различных дисциплин: технические, общественные, гуманитарные, естественные науки. Что они изучают? Как развивалось естествоведение в историческом аспекте?

Естественная наука - это...

Что такое естествознание? Когда оно зародилось и из каких направлений состоит?

Естественная наука - это дисциплина, изучающая природные явления и феномены, которые выступают внешними по отношению к субъекту исследований (человеку). Термин "естествознание" в русском языке происходит от слова "естество", что есть синонимом к слову "природа".

Фундаментом естествознания можно считать математику, а также философию. Из них, по большому счету, вышли все современные естественные науки. Вначале натуралисты пытались ответить на все вопросы, касающиеся природы и её всяческих проявлений. Затем, по мере усложнения предмета исследований, естествознание начало дробиться на отдельные дисциплины, которые со временем ставали все более обособленными.

В контексте современного времени естественная наука - это комплекс научных дисциплин о природе, взятых в их тесной взаимосвязи.

История формирования естественных наук

Развитие естественных наук происходило постепенно. Однако интерес человека к явлениям природы проявился еще в древности.

Натурфилософия (по сути, наука) активно развивалась в Древней Греции. Античные мыслители, с помощью примитивных методов исследований и, порой, интуиции, смогли сделать целый ряд научных открытий и важных предположений. Уже тогда натурфилософы были уверены, что Земля вращается вокруг Солнца, могли объяснить солнечные и лунные затмения, довольно точно измерили параметры нашей планеты.

В эпоху Средневековья развитие естествознания заметно замедлилось и находилось в сильной зависимости от церкви. Многие ученые в это время были гонимы за так называемое инаковерие. Все научные исследования и изыскания, по сути, сводились к истолкованию и обоснованию священных писаний. Тем не менее в эпоху Средних веков существенно развивалась логика и теория. Стоит также отметить, что в это время центр натурфилософии (непосредственного изучения природных явлений) географически сместился в сторону арабо-мусульманского региона.

В Европе бурное развитие естествознания начинается (возобновляется) лишь в XVII-XVIII веках. Это время масштабного накопления фактических знаний и эмпирического материала (результатов "полевых" наблюдений и экспериментов). Естественные науки 18 века также основываются в своих исследованиях на результаты многочисленных географических экспедиций, плаваний, изучений вновь открытых земель. В XIX веке снова на первое место выходит логика и теоретическое мышление. В это время ученые активно обрабатывают все собранные факты, выдвигая различные теории, формулируя закономерности.

К самым выдающимся естествоиспытателям в истории мировой науки следует отнести Фалеса, Эратосфена, Пифагора, Клавдия Птолемея, Архимеда, Галилео Галилея, Рене Декарта, Блеза Паскаля, Никола Тесла, Михаила Ломоносова и многих других известных ученых.

Проблема классификации естествознания

К базовым естественным наукам относятся: математика (которую также часто именуют "королевой наук"), химия, физика, биология. Проблема классификации естествознания существует уже давно и беспокоит умы не одного десятка ученых и теоретиков.

Лучше всего с этой дилеммой справился Фридрих Энгельс - немецкий философ и ученый, который более известен в качестве близкого друга Карла Маркса и соавтора его известнейшего труда под названием "Капитал". Он смог выделить два основных принципа (подхода) типологии научных дисциплин: это объективный подход, а также принцип развития.

Максимально подробную предложил советский методолог Бонифатий Кедров. Она не потеряла свою актуальность и в наши дни.

Перечень естественных наук

Весь комплекс научных дисциплин принято делить на три большие группы:

  • гуманитарные (или общественные) науки;
  • технические;
  • естественные.

Природу изучают последние. Полный перечень естественных наук представлен ниже:

  • астрономия;
  • биология;
  • медицина;
  • геология;
  • почвоведение;
  • физика;
  • природоведение;
  • химия;
  • ботаника;
  • зоология;
  • психология.

Что касается математики, то у ученых нет единого мнения, к какой группе научных дисциплин её стоит относить. Одни считают её естественной наукой, другие - точной. Некоторые методологи относят математику в отдельный класс так называемых формальных (или абстрактных) наук.

Химия

Химия - это обширная область естествознания, главным объектом изучения которой является вещество, его свойства и строение. Данная наука рассматривает и объекты на атомно-молекулярном уровне. Она также изучает химические связи и реакции, возникающие при взаимодействии разных структурных частиц вещества.

Впервые теорию о том, что все природные тела состоят из более мелких (не видимых человеку) элементов, выдвинул древнегреческий философ Демокрит. Он предположил, что каждое вещество включает в себя более мелкие частицы, подобно тому, как слова состоят из различных букв.

Современная химия - это сложная наука, включающая в себя несколько десятков дисциплин. Это неорганическая и органическая химии, биохимия, геохимия, даже космохимия.

Физика

Физика - одна из древнейших наук на Земле. Открытые ею законы выступают базисом, фундаментом для всей системы дисциплин естествознания.

Впервые термин "физика" употребил еще Аристотель. В те далекие времена она была практически тождественной философии. В самостоятельную науку физика начала превращаться лишь в XVI веке.

Сегодня под физикой понимают науку, изучающую материю, её строение и движение, а также общие законы природы. В её структуре выделяют несколько основных разделов. Это классическая механика, термодинамика, теория относительности и некоторые другие.

Физическая география

Разграничение между естественными и гуманитарными науками жирной линией прошло по "телу" некогда единой географической науки, разделив отдельные её дисциплины. Так, физическая география (в отличие от экономической и социальной) оказалась в лоне естествознания.

Эта наука изучает географическую оболочку Земли в целом, а также отдельные природные компоненты и системы, входящие в её состав. Современная физическая география состоит из ряда Среди них:

  • ландшафтоведение;
  • геоморфология;
  • климатология;
  • гидрология;
  • океанология;
  • почвоведение и прочие.

Естественные и гуманитарные науки: единство и различия

Гуманитарные, естественные науки - так ли они далеки друг от друга, как это может показаться?

Разумеется, эти дисциплины отличаются по объекту исследований. Естественные науки изучают природу, гуманитарные - концентрируют свое внимание на человеке и обществе. Гуманитарные дисциплины не могут соперничать с естественными в точности, они не способны математически доказать свои теории и подтвердить гипотезы.

С другой стороны, эти науки тесно связаны, переплетены друг с другом. Особенно в условиях XXI века. Так, математика уже давно внедрилась в литературу и музыку, физика и химия - в искусство, психология - в социальную географию и экономику и так далее. Кроме того, уже давно стало очевидным, что многие важные открытия делаются как раз на стыке нескольких научных дисциплин, которые, на первый взгляд, не имеют абсолютно ничего общего.

В заключение...

Естественная наука - это направление науки, изучающее природные явления, процессы и феномены. Таких дисциплин существует огромное множество: и физика, математика и биология, география и астрономия.

Естественные науки, несмотря на многочисленные отличия в предмете и методах исследований, тесно связаны с общественными и гуманитарными дисциплинами. Особенно сильно эта связь проявляется в XXI веке, когда все науки сближаются и переплетаются.

Химия – наука о превращениях веществ, связанных с изменением электронного окружения атомных ядер. В данном определении необходимо дополнительно уточнить термины «вещество» и «наука».

Согласно Химической энциклопедии:

Вещество – вид материи, которая обладает массой покоя. Состоит из элементарных частиц: электронов, протонов, нейтронов, мезонов и др. Химия изучает главным образом вещество, организованное в атомы, молекулы, ионы и радикалы. Такие вещества принято подразделять на простые и сложные (хим. соединения). Простые вещества образованы атомами одного хим. элемента и потому являются формой его существования в свободном состоянии, например, сера, железо, озон, алмаз. Сложные вещества образованы разными элементами и могут иметь состав постоянный.

В трактовке термина «наука» существует множество разногласий. Здесь вполне приложимо высказывание Рене Декарта (1596-1650): «Определите значение слов, и вы избавите человечество от половины его заблуждений». Наукой принято называть сферу человеческой деятельности, функцией которой является выработка и теоретическая схематизация объективных знаний о действительности; отрасль культуры, которая существовала не во все времена и не у всех народов. Канадский философ Уильям Хетчер определяет современную науку, как «способ познания реального мира, включающего в себя как ощущаемую органами чувств человека реальность, так и реальность невидимую, способ познания, основанный на построении проверяемых моделей этой реальности». Такое определение близко к пониманию науки академиком В.И.Вернадским, английским математиком А.Уайтхедом, другими известными учеными.

В научных моделях мира обычно выделяются три уровня, которые в конкретной дисциплине могут быть представлены в различном соотношении:

* эмпирический материал (экспериментальные данные);

* идеализированные образы (физические модели);

*математическое описание (формулы и уравнения).

Наглядно-модельное рассмотрение мира неизбежно ведет к приблизительности любой модели. А.Эйнштейн (1879-1955) говорил «Пока математические законы описывают действительность, они неопределенны, а когда они перестают быть неопределенными, они теряют связь с действительностью».

Химия относится к числу естественных наук, изучающих окружающий нас мир со всем богатством его форм и многообразием происходящих в нем явлений. Специфику естественнонаучного знания можно определить тремя признаками: истинность, интерсубъективность и системность. Истинность научных истин определяется принципом достаточного основания: всякая истинная мысль должна быть обоснована другими мыслями, истинность которых доказана. Интерсубъективность означает, что каждый исследователь должен получать одинаковые результаты при изучении одного и того же объекта в одних и тех же условиях. Системность научного знания подразумевает его строгую индуктивно-дедуктивную структуру.

Химия – это наука о превращениях веществ. Она изучает состав и строение веществ, зависимость свойств веществ от их состава и строения, условия и пути превращения одних веществ в другие. Химические изменения всегда связаны с изменениями физическими. Поэтому химия тесно связана с физикой. Химия также связана с биологией, поскольку биологические процессы сопровождаются непрерывными химическими превращениями.

Совершенствование методов исследования, прежде всего экспериментальной техники, привело к разделению науки на все более узкие направления. В результате количество и «качество», т.е. надежность информации возросли. Однако невозможность для одного человека обладать полными знаниями даже для смежных научных областей породила новые проблемы. Как в военной стратегии самые слабые места обороны и наступления оказываются на стыках фронтов, в науке наименее разработанными остаются области, не поддающиеся однозначной классификации. Среди прочих причин можно отметить и сложность с получением соответствующей квалификационной ступени (ученой степени) для ученых, работающих в областях «стыка наук». Но там же делаются и основные открытия современности.

В современной жизни, особенно в производственной деятельности человека, химия играет исключительно важную роль. Нет почти ни одной отрасли производства, не связанной с применением химии. Природа дает нам лишь исходное сырье – дерево, руду, нефть и др. Подвергая природные материалы химической переработке, получают различные вещества, необходимые для сельского хозяйства, промышленного производства, медицины, быта – удобрения, металлы, пластические массы, лаки, краски, лекарственные вещества, мыло и т.д. Для переработки природного сырья необходимо знать законы превращения веществ, а эти знания дает химия. Развитие химической промышленности – одно из важнейших условий технического прогресса.

Химические системы

Объект изучения в химии – химическая система . Химическая система – это совокупность веществ, находящихся во взаимодействии и мысленно или фактически обособленно от окружающей среды. Примерами системы могут служить совершенно разные объекты.

Простейшим носителем химических свойств служит атом – система, состоящая из ядра и движущихся вокруг него электронов. В результате химического взаимодействия атомов образуются молекулы (радикалы, ионы, атомные кристаллы) –системы, состоящие из нескольких ядер, в общем поле которых движутся электроны. Макросистемы состоят из совокупности большого количества молекул – растворы различных солей, смесь газов над поверхностью катализатора в химической реакции и т.д.

В зависимости от характера взаимодействия системы с окружающей средой различают открытые, закрытые и изолированные системы. Открытой системой называется система, способная обмениваться с окружающей средой энергией и массой. Например, при смешении в открытом сосуде соды с раствором соляной кислоты протекает реакция:

Na 2 CO 3 + 2HCl → 2NaCl + CO 2 + H 2 O.

Масса этой системы уменьшается (улетучивается углекислый газ и частично пары воды), часть выделившейся теплоты тратится на нагрев окружающего воздуха.

Закрытой называется система, которая может обмениваться с окружающей средой только энергией. Рассмотренная выше система, находящаяся в закрытом сосуде, будет примером закрытой системы. В этом случае обмен массой невозможен и масса системы остается постоянной, но теплота реакции через стенки пробирки передается окружающей среде.

Изолированной системой называется система постоянного объема, в которой не происходит обмена с окружающей средой ни массой, ни энергией. Понятие изолированной системы является абстрактным, т.к. на практике абсолютно изолированной системы не существует.

Отдельная часть системы, ограниченная от других хотя бы одной поверхностью раздела, называется фазой . Например, система, состоящая из воды, льда и пара, включает три фазы и две поверхности раздела (рис. 1.1). Фаза может быть механически отделена от других фаз системы.

Рис.1.1 – Многофазная система.

Не всегда фаза на всем протяжении одинаковые физические свойства и однородный химический состав. Примером может служить атмосфера земли. В нижних слоях атмосфера концентрация газов выше, выше и температура воздуха, в верхних же слоях происходит разрежение воздуха и понижение температуры. Т.е. однородность химического состава и физических свойств на протяжении всей фазы в данном случае не соблюдается. Также фаза может быть прерывной, например, кусочки льда, плавающие на поверхности воды, туман, дым, пена – двухфазные системы, в которых одна фаза является прерывной.

Система, состоящая из веществ, находящихся в одной фазе, называется гомогенной . Система, состоящая из веществ в разных фазах и имеющая хотя бы одну границу раздела, называется гетерогенной .

Вещества, из которых состоит химическая система – компоненты. Компонент может быть выделен из системы и существовать вне ее. Например, известно, что при растворении хлорида натрия в воде он распадается на ионы Na + и Cl – , однако эти ионы не могут считаться компонентами системы – раствора соли в воде, т.к. они не могут быть выделены из данного раствора и существовать по отдельности. Компонентами будут вода и хлорид натрия.

Состояние системы определяется ее параметрами. Параметра могут быть заданы как на молекулярном уровне (координаты, количество движения каждой из молекул, валентные углы и пр.), так и на макроуровне (например, давление, температура).

Строение атома.


Похожая информация.