Возникновение в науке теоретических представлений о веществе и химической реакции

Известно, что химия изучает вещества и их свойства. Для того чтобы объяснить почему то или иное вещество вступает или не вступает в химические процессы, нужно заглянуть внутрь его. Но атомы и молекулы, из которых состоят вещества, нельзя увидеть даже с помощью мощного микроскопа. Из материалов урока вы узнаете, как ученые-химики познавали и познают микромир.

1. Роль и место метода моделирования в химии

Ос­нов­ной метод по­зна­ния в химии - мо­де­ли­ро­ва­ние. Мо­де­ли­ро­ва­ние – это один из спо­со­бов по­зна­ния ре­аль­но­го мира, при ко­то­ром пред­став­ле­ния об изу­ча­е­мом объ­ек­те стро­ят­ся не путем непо­сред­ствен­но­го на­блю­де­ния, а по кос­вен­ным дан­ным.

Мо­дель может быть вы­пол­не­на из ка­ко­го-ли­бо ма­те­ри­а­ла (т.е. быть ре­аль­ной), а может су­ще­ство­вать толь­ко в нашем во­об­ра­же­нии. Пер­во­на­чаль­но со­здан­ная мо­дель может пе­ре­стра­и­вать­ся или вовсе за­ме­нять­ся дру­гой мо­де­лью при встре­че с про­ти­во­ре­ча­щи­ми дан­ной мо­де­ли фак­та­ми.

За­пом­ни­те, что при­ро­да го­раз­до раз­но­об­раз­нее, чем любая, даже самая хо­ро­шая, тео­ре­ти­че­ская мо­дель. По­это­му все раз­ра­ба­ты­ва­е­мые тео­ре­ти­че­ские мо­де­ли по­сто­ян­но при­хо­дит­ся со­вер­шен­ство­вать.

2. Сущность теоретического моделирования

Так как же за­рож­да­лись пер­вые мо­де­ли  ве­ществ и хи­ми­че­ских ре­ак­ций? Еще во вре­ме­на Ан­тич­но­сти уче­ных ин­те­ре­со­вал во­прос: «Можно ли из од­но­го ве­ще­ства по­лу­чить какое угод­но дру­гое ве­ще­ство?».

Древ­не­гре­че­ский фи­ло­соф Ари­сто­тель пред­по­ло­жил, что ос­но­ву всего со­став­ля­ют 4 сти­хии: огонь, вода, воз­дух и земля. Эти сти­хии на­хо­дят­ся во вза­и­мо­свя­зи и вза­и­мо­дей­ствии.

Рис. 1. Тео­рия «4 сти­хий» Ари­сто­те­ля

Ари­сто­тель счи­тал огонь, воду, воз­дух и землю неде­ли­мы­ми эле­мен­та­ми, ко­то­рые могут пре­вра­щать­ся друг в друга, а также со­еди­нять­ся друг с дру­гом, об­ра­зуя новые тела. Со­еди­не­ние эле­мен­тов с про­ти­во­по­лож­ны­ми свой­ства­ми счи­та­лось невоз­мож­ным: огонь не может со­еди­нить­ся с водой, а воз­дух с зем­лей.

Пред­по­ло­же­ние Ари­сто­те­ля было оче­вид­ным, по­это­му его пред­став­ле­ния вла­де­ли умами более ты­ся­чи лет. На­при­мер, мы знаем, что вода не горит. В со­от­вет­ствие с дан­ной мо­де­лью Ари­сто­тель счи­тал, что из од­но­го ве­ще­ства можно по­лу­чить любое дру­гое ве­ще­ство. Глав­ное – по­до­брать усло­вия его пре­вра­ще­ния.

3. Модельные представления Аристотеля и Демокрита

Дру­гая мо­дель стро­е­ния ве­ще­ства была пред­ло­же­на еще одним древ­не­гре­че­ским уче­ным Де­мо­кри­том.

Рис. 2. Древ­не­гре­че­ский фи­ло­соф Де­мо­крит

Он счи­тал, что ве­ще­ства со­сто­ят из неде­ли­мых ча­стиц – ато­мов. Атомы от­ли­ча­ют­ся фор­мой и раз­ме­ром. Бла­го­да­ря осо­бен­но­стям своей формы и раз­ме­ра атомы могут со­еди­нять­ся, об­ра­зуя ве­ще­ства.

В со­от­вет­ствии с мо­де­лью Де­мо­кри­та, из од­но­го ве­ще­ства нель­зя по­лу­чить какое угод­но дру­гое ве­ще­ство. Но уче­ние об ато­мах было неоче­вид­ным, по­это­му мо­дель Де­мо­кри­та была за­бы­та вплоть до 17 в.

4. Основные положения атомно-молекулярной теории

На­ча­лу со­зда­ния атом­но-мо­ле­ку­ляр­ной тео­рии по­слу­жи­ли ис­сле­до­ва­ния вы­да­ю­ще­го­ся ан­глий­ско­го фи­зи­ка и хи­ми­ка Ро­бер­та Бойля. Уче­ный по­пы­тал­ся экс­пе­ри­мен­таль­но под­твер­дить пред­по­ло­же­ние Де­мо­кри­та о су­ще­ство­ва­нии ато­мов.

В ре­зуль­та­те ис­сле­до­ва­ний Р. Бойля и дру­гих уче­ных была раз­ра­бо­та­на Атом­но-мо­ле­ку­ляр­ная тео­рия (АМТ).

Ос­нов­ные по­ло­же­ния АМТ:

1. Ве­ще­ства со­сто­ят из мо­ле­кул.

2. Между мо­ле­ку­ла­ми есть про­ме­жут­ки.

3. Мо­ле­ку­лы на­хо­дят­ся в по­сто­ян­ном дви­же­нии.

4. Мо­ле­ку­лы со­сто­ят из ато­мов.

5. В ходе хи­ми­че­ских ре­ак­ций мо­ле­ку­лы раз­ру­ша­ют­ся, а атомы не из­ме­ня­ют­ся.