Атомы в химии

Химическое превращение есть главная задача химии.

«Химическое превращение, химическая реакция есть главный предмет химии» (Н. Н. Семенов). Следовательно, важнейшая задача химии - выяснить строение вещества, зависимость свойств вещества от строения получение вещества с заданными свойствами и выявление рациональных путей управления химическими процессами.

Знания в практической деятельности человека являются своего рода инструментом, духовным орудием преобразования вещества, преобразования мира.

Знания обеспечивают умение придавать веществам нужные свойства и сдерживать или устранять действие вредных. Они неизмеримо расширяют власть над веществом. Достичь этого, отыскать скрытые механизмы превращений вещества, овладеть средствами этих превращений всегда было страстным стремлением людей, как бы не изменились их представления о природе, о характере этих средств. [8]

Обнаруживается прямая связь многих свойств вещества с определенным типом конструкции молекул (кольцо, простая цепь, цепь с ответлениями и т.д.), с наличием в молекулах определенных «строительных деталей», состоящих из отдельных атомов или групп атомов. Когда один вид вещества превращается в другой, происходит перестройка молекул, меняются число, характер строительных деталей и сам порядок их соединения. Изменения вещества и его свойств связаны с изменением состава перестройкой конструкции молекул.

Такое понимание превращений вещества внесло существенные коррективы в избранное на основе атомного учения направление исследования. Раз свойства вещества зависят не только от его состава., т. е. от количественного и качественного соотношения атомов, но и от строения, от того, как, в каком порядке эти виды атомов связаны друг с другом, как взаимодействуют, - значит, необходимо выяснять особенности строения, его связь со свойствами вещества. Только раскрыв это, можно было надеяться на сознательное управление преобразованиями вещества. 

Пока в химии еще не сложилось четкое различие атомов и молекул и понятие о химическом строении, химические превращения рассматривались преимущественно как изменения состава, изменения количественного и качественного соотношения атомов в составе вещества. Еще Гегель характеризовал химию как науку о качественных изменениях тел, происходящих под влиянием изменения количественного состава.

На базе атомно-молекулярного учения и отвлечения от различий микрои макроформ вещества сложилось новое представление о сущности химического движения материи как процессов превращения молекул. В химических превращениях вещества изменяются (образуются, перестраиваются, разрушаются) молекулы, изменяется их атомный состав и строение, атомы же при этом остаются неизменными - такое понимание сущности химизма стало господствующим.

Исследование строения атомов, законов связи их строения со свойствами вещества, как и исследование строения молекул, открыло широкие перспективы перед сознательным управлением преобразованиями вещества, причем еще более глубоком, чем химические превращения, уровне. Человек научился не только перестраивать химические соединения атомов и изменять связанные с химическим строением свойства вещества; ему стало доступно управление свойствами, обусловленными внутриатомным внутриядерным строением. Важнейшим руководящим прнципом практических действий стал проверенный и отлично зарекомендовавший себя в практике управления химическими превращениями структурный принцип: чтобы изменить в желаемом направлении свойства атомов, надо изменить их состав и строение. [8]
Основоположником учения о ведущей роли непрерывности по отношению к дискретности химической организации вещества был К. Л. Бертолле. Еще в 1801 г. он опубликовал итоги проведенных им исследований, в которых изложил основные положения своего учения. Положения эти сводятся к следующему:

эффект химического действия веществ определяется двумя факторами: а) взаимным сродством этих веществ и б) массой реагирующих веществ. Произведение силы взаимного сродства на массу реагирующих веществ Бертолле назвал химической массой;

в подавляющем большинстве химических процессов - реакция обмена - одна составляющая часть вещества вытесняет другую не только благодаря большей силе своего сродства, но и благодаря большей массе, взятой в реакцию. Если бы отсутствовал фактор (б), то все реакции были бы направлены в одну сторону - в сторону вытеснения более сильным реагентом более слабой составной части. Например, чтобы получить азотную кислоту из ее солей, обычно применяют серную кислоту как более сильную в сравнении с азотной. Но Бертолле доказал, что возможна и обратная реакция, для чего следует только изменить соотношение действующих масс и условия реакции;

химические реакции являются в принципе обратимыми. Степень обратимости зависит от действующих масс и условий процесса. Большинство реакций является обратимыми. Обратимые химические реакции представляют собой единство двух противоположных реакций - прямой и обратной. Единство и взаимодействие этих противоположностей составляет одно из противоречий любого обратимого химического процесса.

все вещества состоят из мельчайших частиц, взаимодействие которых в зависимости от факторов (а) и (б) приводит к их объединению в частицы больших размеров (реакции присоединения) или к перегруппировке (реакции обмена);

состав образующихся соединений зависит также от факторов (а) и (б) и в общем случае должен быть переменным, что особенно характерно для растворов и сплавов.

Химию можно определить как науку, изучающую вещества и процессы их превращения, сопровождающиеся изменением состава и структуры. Химический процесс сопровождается изменением состава веществ, их структуры и обязательно энергетическими изменениями в реагирующей системе. В химическом процессе происходит перегруппировка атомов, сопровождающаяся разрывом химических связей в исходных веществах и образованием химических связей в продуктах реакции. Вследствие взаимосвязанности форм движения материи и их взаимопревращаемости в результате химических реакций имеет место превращение химической энергии в теплоту, свет и др.

Химические реакции - это превращение одних веществ (реагентов) в другие (продукты реакции), отличающиеся от исходных составом, строением и свойствами. Но при переходе от одних веществ к другим в процессе превращения в реакции может присутствовать переходное состояние. В нем имеет место протекание таких противоположных процессов, как соединение и распад, разложение и синтез, ассоциация и диссоциация. Именно в переходном состоянии наиболее отчетливо находят свое проявление единство прерывного и непрерывного в химической форме движения материи. В процессе химической реакции меняется взаиморасположение реагентов, перестраивается химическая связь (электронные орбитали). Разрываются связи в исходных веществах и образуются новые связи в продуктах реакции. При этом реакция протекает с выделением или поглощением энергии в зависимости от соотношений энергией разрыва и образования связей.

С количественной стороны реакция может характеризоваться объемными или весовыми соотношениями между реагирующими веществами, их концентрацией, скоростью процесса и т.д. Качественные и количественные характеристики любой реакции находятся в неразрывной связи. Поэтому, зная закономерности такой взаимосвязи, можно контролировать процесс, управлять им, что широко используется на практике.

Знания, накопленные в процессе изучения химических реакций, а также учение о химической связи и строении вещества обогатили и углубили представления человека о диалектике природных явлений и этим способствовали совершенствованию научной картины мира.